تحقیق درباره احتراق و آتش

این فایل با فرمت Word بوده و قابل ویرایش است و همچنین آماده پرینت می باشد

موضوع : تحقیق درباره احتراق و آتش

احتراق

احتراق عبارت است از اكسيداسيون سريع مواد، همراه با آزاد شدن سريع انرژي.

يكي از تعاريف اكسيداسيون عبارت است از تركيب شيميايي يك ماده با اكسيژن. تعريف ديگر اكسيداسيون چنين است: واكنش شيميايي كه شامل اكسيژن باشد، به طوريكه يك يا تعداد بيشتري از مواد با اكسيژن تركيب شوند.

افروزش

براي آغاز اين فرآيند به يك منبع توليد گرما، مواد سوختي و هوا نياز است. مواد از نظر قابليت شعله وري متفاوت اند و خصوصيات فيزيكي و شيميايي در اين موضوع مؤثر است. مثلاً موادي كه به شكل ورقه اي هستند، فوم ها و يا يك تكه پارچه خيلي ساده تر از بلوكهاي ضخيم مواد جامد آتش مي‌گيرند. طبق تعريف، آغاز فرآيند سوختن را افروزش مي‌نامند. براي پايين آوردن قابليت افروزش مواد در مقابل منابع كوچك توليد گرما مي‌توان كارهايي انجام داد اما اينها لزوماً بر روي سرعت سوختن اين مواد مؤثر نخواهد بود. 

آتش (حريق) 

ساده ترين تعريف احتراق، چيزي است كه به آن آتش اطلاق مي‌شود و عبارت است از تركيب شيميايي سريع مواد با اكسيژن كه هم نور و هم گرما توليد مي‌كند. شعله ور شدن (مشتعل شدن) و سوختن همراه با دود (سوختن سطحي) دو نوع احتراق هستند كه ممكن است اتفاق بيفتند. 

براي انجام شدن عمل احتراق بايد يك اكسيد كننده موجود باشد. تقريباً همه آتشها با اكسيژن موجود در اتمسفر به عنوان عامل اكسيدكننده انجام مي‌گيرد، اما اكسيدكننده هاي ديگري نيز موجود است. 

بيشتر اين اكسيدكننده ها زماني كه در معرض حرارت، فشار يا هر دوي آنها قرار مي‌گيرند  اكسيژن آزاد مي‌كنند. علاوه بر آن اكسيدكننده هاي ديگري نيز وجود دارد مثل هالوژنها (فلوئور، كلر، برم و يد) كه احتراق را تقويت مي‌نمايد، اما در اينجا فقط احتراق با اكسيژن هوا مورد بحث است. 

سوختن و بيشتر انفجارها، نمونه هايي از واكنشهاي شيميايي هستند كه از آنها به عنوان آتش (حريق) نام برده مي‌شود و در واقع واكنشهاي شيميايي هستند كه شامل اكسيداسيون سريع مواد است. با وجود اين، سرعت اين واكنشها ممكن است صدها يا هزاران مرتبه سريعتر از يك حريق باشد. به عبارت ساده تر، سوختن واكنش اكسيداسيوني است كه به طور قابل توجهي سريعتر از حريق است، اما آهسته تر از انفجار است. 

مثلث آتش

اين تئوري به صورت يك مثلث ارائه گرديده است. به دليل اينكه سه جزء (وجه) اصلي در آن وجود دارد و مثلث يك شكل بسته است كه نمايانگر يك سيستم بسته مي‌باشد. قسمتي از تئوري تأكيد دارد كه براي اينكه يك آتش موجود باشد بسته بودن سيستم الزامي‌است بدين معني كه اگر يكي از سه وجه مثلث در تماس با وجه بعدي نباشد وقوع حريق ممكن نيست. در شكل (1 ـ 1) مثلث آتش نشان داده شده است. 

سوخت انرژي اكسيدكننده

يك روش ديگر براي بيان تئوري مثلث آتش اين است كه بگوييم اين سه فاكتور بايد همزمان موجود باشد تا آتش وجود داشته باشد، همچنين شكل و مقدار مناسبي هم داشته باشند. 

اگرچه اكسيژن هوا متداولترين اكسيدكننده هاست ولي اكسيژن به فرمهاي ديگر نيز وجود دارد به علاوه هالوژنها نيز جزء اكسيدكننده ها محسوب مي‌شوند. به همين ترتيب، 

اگر چه گرما متداولترين فرم انرژي به عنوان منبع اشتعال است ولي بايد توجه داشت كه فرمهاي ديگر انرژي (نوراني، شيميايي، الكتريكي، مكانيكي و هسته اي) نيز مي‌توانند شروع كنندة آتش باشند (در صورت وجود سوخت و اكسيدكننده).

به طور خلاصه، اين تئوري مي‌گويد؛ اگر سوخت، اكسيدكننده و انرژي به مقدار مناسب و شكل دلخواه به طور همزمان كنار يكديگر آورده شوند، حريق (آتش) اتفاق خواهد افتاد. در مورد سوخت بايد به اين نكته توجه داشت كه نه تنها سوخت بايد موجود باشد، بلكه بايد فرم صحيح و مناسبي نيز داشته باشد. در واقع سوخت بايد به صورت بخار يا گازي شكل باشد تا سوختن اتفاق بيفتند و نيز سوخت بايد به مقدار كافي در دسترس باشد، كه در اين صورت به آن سوخت قابل اشتعال مي‌گويند (سوخت بايد در محدودة شعله وري قرار داشته باشد).

محدودة شعله وري

محدودة شعله وري عبارت است از درصد سوخت به صورت گاز يا بخار در هوا، كه بين بالاترين و پايين ترين حد شعله وري قرار دارد. بالاترين حد شعله وري ماكزيمم درصد سوخت به صورت گاز بخار در داخل هواست كه بيشتر از اين درصد، احتراق صورت نمي‌گيرد (در اين حالت مخلوط را غني مي‌گويند). حد پايين شعله وري عبارت است از مي‌نيمم درصد سوخت به صورت گاز يا بخار در  هوا، به طوريكه پايين تر از اين درصد احتراق صورت نمي‌گيرد (در اين حالت مخلوط را ضعيف مي‌گويند).

درجه حرارت افروزش 

انرژي مورد بحث در مثلث آتش به صورت زير تعريف مي‌شود. 

مقدار انرژي لازم براي افزايش درجه حرارت سوخت كه به درجه حرارت افروزش (اشتعال) برسد. درجه حرارت افروزش عبارت است از مي‌نميمم درجه حرارتي كه سوخت مي‌تواند داشته باشد قبل از اينكه مشعل شود.

احتراق (آتش)

معمولي ترين روش خاموش كردن آتش، خارج كردن وجه انرژي از مثلث آتش است. بهترين راه آن اين است كه گرما (انرژي) را، به وسيلة خنك كردن سوخت تا زير درجه حرارت افروزش با استفاده از آب، از نزديكي سوخت دور كنيم. راههاي ديگري نيز براي خنك كردن آتش وجود دارد. در بعضي از مواقع، آب نمي‌تواند به عنوان يك عامل خاموش كنندة آتش به كار رود، مثل آتش (سيمهاي الكتريكي باردار) يا آتشي كه شامل موادي باشد كه با آب واكنش دهد. 

و براي خاموش كردن آتشهايي كه شامل پلاستيكها است نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در بعضي مواقع، گرماي جذب شده توسط پلاستيكها ممكن است باعث شود آنها به صورت مايع جاري درآيند. در اين مواقع استفاده از قطره هاي ريز آب به صورت اسپري سريعاً مايع را سرد مي‌كند و آن را به حالت جامد اوليه برمي‌گرداند، همچنين اين آب باعث خاموش شدن آتش نيز مي‌شود. 

دومين روش خاموش كردن آتشها، براساس ضلع اكسيژن مثلث آتش است. كاربرد كف براي آتشهاي مايع، يا استفاده از دي اكسيدكربن  براي آتشهاي مواد قابل احتراق كه از رسيدن اكسيژن اتمسفر به آتش جلوگيري مي‌نمايد، معمول است. استفاده از آب براي محصوركردن يك مايع درحال سوختن (مايع سوختني بايد غيرقابل حل در آب و وزن مخصوص بيشتري از آب داشته باشد) نيز مي‌تواند مانع رسيدن اكسيژن به آتش شود. به طور كلي يك مايع يا جامد را مي‌توان به هر طريقي پوشش داد كه اكسيژن به آن نرسد. مثلاً انداختن شيء درحال سوختن، در آب و غرق شدن جسم در زير آب باعث مي‌شود سوخت سريعاً سرد شود و اكسيژن نيز به آن نرسد. 

سومين روش خاموش كردن آتش، برمبناي تئوري مثلث آتش، خارج نمودن سوخت است. اين كار ممكن است سريع و ساده باشد مثل خارج كردن يك مادة سوختني از يك خانه. يك مثال پيچيده از دور نمودن سوخت، انتقال دادن مايعي است كه درحال سوختن است از يك تانك به تانك ديگر به وسيلة لولة ارتباطي، همچنانكه سطح مايع در داخل تانك درحال سوختن كمتر مي‌شود، سوخت كمتري در معرض سوختن خواهد بود تا جائيكه تمام مايع از تانك خارج و از طريق لوله ارتباطي وارد تانك ديگر مي‌شود. در نتيجة اين عمل آتش خاموش مي‌شود چون چيزي براي سوختن باقي نمانده است. 

پيروليز

ريشه كلمه پيروليز از دو كلمه يوناني پيرو به معناي آتش و كلمه ليز به معناي تجزيه كردن گرفته شده است. بنابراين ممكن است پيروليز به صورت سادة زير تعريف شود