cevap 1:

neredeyse

sıfır yanmaz bileşenler

kül

  • Nispeten eylemsiz olmalıdır: saf nitrogliserin gibi şoka duyarlı bir madde istemezsiniz. Bu özellik astar için (aşağıda daha fazla) ve itici gazın kendisi için çok kötü bir fikir. madde. Diğerlerinde zamanla ayrışan ve kendiliğinden patlamaya neden olan uçucu bileşenler vardı. İki Fransız zırhlısı bunu zor yoldan öğrendi. Üretim sürecinde bir noktada plastik olmalı: itici maddeyi bir kartuşa koymak için yararlı bir şekle getirebilmeniz gerekir. Bu aslında bir macuna benzeyen bir madde ile sonuçlanması gerektiği anlamına gelmez, sadece bir kalıba sığabilmesi gerektiği anlamına gelir. Gerçek tozlar yapacaktır. Patlayıcı olmalı, ancak çok patlayıcı olmamalıdır: çok yüksek bir gaz hızı ve alev önünün ses hızını aştığı ve silah namlunuzdaki stresin çok yüksek olduğu yüksek bir patlayıcı elde edersiniz. Kimse silahlarının yüzlerine patlamasını istemiyor.

itici

ilk

Çekirdek İtici yakıtın formüle edilmesi

4C3H5(NO3)34 C_3H_5(NO_3)_3 \Rightarrow

12CO2+10H2O+6N2+6O2 12 CO_2 + 10 H_2O + 6 N_2 + 6 O_2

dibazik yakıtlar

üçlü taban

kâfur

nispeten atıl

çok patlayıcı değil,

Plastik olarak yapma

çekici

kordit

Ne yapmamalı

  • İlk başlarda, balistit kafuru hem antioksidan hem de yanma moderatörü olarak kullandı. Kafur ile ilgili sorun, yine de, uçucu olması ve buharlaşmasıdır. Antioksidan bir bileşik olarak kafur olmadan, eski balistit kendiliğinden yanmaya maruz kaldı. nispeten çabuk buharlaşır. Bu, Fransız zırhlısı Iéna'nın kaybedilmesi gibi bazı korkunç trajedilerle sonuçlandı. Guncotton kullanılarak üretilen ucuz tozlar genellikle nitroselüloz üretim işleminden nispeten yüksek konsantrasyonda nitrik asit kalıntısı içerir. Daha iyi toz üreticileri, kalıntı asidi uzaklaştırmak için nitroselülozlarını iyice yıkayacaktır, ancak 20. yüzyıl boyunca insanlar çok fazla köşeyi kesti. Kalıntı nitrik asit, tozu kendi içinde kararsız hale getirmez, ancak tozun pirinç kasaları aşındıracak kadar asidik olduğu anlamına gelir. Pek çok Sovyet fazla mühimmatının tehlikeli olmasının nedeni budur, örneğin aksine fazla İsviçre mühimmatının üretimden yıllar sonra hala çok yüksek kalitede olduğu bildirilmektedir.

cevap 2:

Kara toz bilinen en eski patlayıcılar arasındadır. Ateşleme sıcaklığını düşürmek için basit bir yakıt (odun kömürü), bir oksitleyici (genellikle potasyum nitrat) ve kükürt karışımıdır. Şaşırtıcı Ulrich Bretscher, siyah toz konusunu ayrıntılı olarak araştırdı ve bulgularını Kara Toz Tariflerinde kaydetti.

Geç düzenleme: Bay Bretscher'in sitesi artık aktif değil, bu da rahatsız edici. Onun ve onun için en iyi dileklerimle. Neyse ki, sitesi https: //web.archive.org/web/2017 adresindeki Wayback Machine'de ... Ziyaret etmeye değer.

Dumansız toz, tek baz veya çift baz olmak üzere iki genel çeşitte gelir. Tek bazlı toz nitroselülozdan yapılır ve ekstrüde silindirik granüller şeklinde olabilir

veya "top tozu" olarak bilinen düzensiz küresel şekiller.

Çift bazlı toz, nitroselüloz ve nitrogliserine dayanır. Genellikle daha hızlı yanar ve tabanca veya av tüfeğinde kullanılır. Toz tipik olarak küçük dairesel pullar halinde görünür.

Yukarıdaki toz olan "Eşsiz", 1900'den beri aynı marka adı altında üretilmiş, piyasada bulunan en eski tozlardan biridir (bkz. Hercules).


cevap 3:

Bu harika bir soru! Birçok ilginç ve önemli fark var.

İlk olarak, birkaç basit gözlem:

(1) Siyah toz kullanan bir silahı ateşlerken fark ettiğiniz ilk şey, büyük miktarlarda kalın beyaz duman üretilmesidir. Aksine, dumansız toz kullanan ateşli silahlar çok az duman üretir ve üretilen şey incedir. Dolayısıyla “dumansız” adı. Siyah toz ateşli silah kullanıcıları da namluda büyük miktarda kalıntı kaldığını fark eder.

(2) Bu tozların küçük yığınlarını açık havada tutuşturursanız, siyah tozun karşılaştırdığınız dumansız tozdan ÇOK daha hızlı yantığını gözlemleyeceksiniz. Siyah toz o kadar hızlı yanar ki, küçük tüyler yumuşak bir “puf” sesi ve ışık parlamasıyla anında yanar gibi görünür. Dumansız tozlar, gözle görülebilen bir oranda yığının içinden sürünen reaksiyonu görebileceğiniz kadar yavaş yanar ve şaşırtıcı derecede büyük bir alevle neredeyse sessizce yanar. Bunun tanıtımı için bu YouTube videosuna göz atın:

(3) Kolay gözlemlenebilir olmasa da, dumansız tozlar siyah tozdan çok daha güçlüdür. Bu, ateşli silahlar hakkında bilgili insanlar arasında çok iyi bilinir (veya kesinlikle bilinmelidir).

Bunu çok netleştiren birkaç basit gerçek vardır: üretilen gaz miktarını ve her iki itici kütle birimi başına salınan enerjinin büyüklüğünü karşılaştırın. Kara tozun gram başına yaklaşık 0.3 Litre gaz ürettiği ve gram başına yaklaşık 0.7 (veya daha az) Kcal termal enerji saldığı söylenir. Aksine, dumansız tozlar (çok var ve sayıları formülasyona göre değişecektir) daha çok 1 L gaz / gram ve 1 Kcal / gram (veya daha fazla) “ısı” enerjisi üretir.

Şimdi, bu sayısal farklılıklar kendi başlarına dikkat çekicidir, ancak daha da çarpıcı bir karşılaştırma var. Bir itici gazın mekanik iş yapma kapasitesi, ısı enerjisinin geliştiği zaman üretilen gaz hacminin çarpımı ile kabaca orantılı olmalıdır. Bu ideal gaz yasasından (PV = nRT.) Kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, yukarıda verilen siyah toz için değerleri çarparsak, 0.21 ürünü alırız ve dumansız toz için 1 elde ederiz. Bu karşılaştırma ile birim kütle başına, siyah toz, dumansız bir tozun mekanik çalışmasını yaklaşık 1/5 (veya isterseniz% 20) yapabilmelidir. (Bu teorik, elbette.)

İkincisi, kara toz ve dumansız tozlar çok farklı altta yatan kimyaya sahiptir.

Bağlam için, tüm “enerjik malzemelerin” (piroteknik, itici gazlar ve patlayıcılar) altında yatan iki tür “kimyasal sistem” vardır.

Birinci tipte malzemeler, bileşenlerin birbirleriyle reaksiyona girdiği karışımlardır. Kara toz bu sınıftadır. Kara toz bir potasyum nitrat, odun kömürü ve kükürt karışımıdır. Potasyum nitrat oksitleyicidir ve kömür ve sülfürün her ikisi de yakıttır. Reaksiyon aslında oldukça karmaşıktır ve reaksiyon ürünleri değişen oranlarda karmaşık bir karışımdır. Bununla birlikte, basitlik açısından, genel reaksiyonu aşağıdaki gibi görebiliriz: potasyum nitrat, oksijen, azot ve potasyum oksitlere ayrışır. Açığa çıkan oksijen, karbon monoksit ve dioksit üretmek için karbonla (kömürden) reaksiyona girer. Potasyum oksitler, potasyum sülfit ve potasyum sülfat üretmek için kükürt ile reaksiyona girer. Potasyum oksitlerin bazıları ayrıca potasyum karbonat oluşturmak için karbonla reaksiyona girer.

Bu potasyum bileşiklerinin hepsinin oda sıcaklığında katı olduğunu belirtmek önemlidir. Bu katı maddeler, reaksiyon ürünlerinin% 50'sinden (kütlece) fazlasını içerdiğinden, tüm duman ve varil kirlenmesinin nereden geldiğini görmek kolaydır!

Enerjik diğer “kimyasal sistem” türünde, malzemeler daha basit maddelere ayrışarak işlev gören bileşiklerdir. Dumansız tozlar ve yüksek patlayıcılar bu sınıfa aittir. Tüm dumansız tozlar nitroselüloza (tabanca pamuğu) dayanır. Birçoğu ayrıca önemli miktarlarda nitrogliserin içerir (bunlara çift bazlı tozlar denir.) Bu malzemelerin her ikisi de karbon, hidrojen, azot ve oksijenden oluşan bileşiklerdir. Su buharı, azot ve karbon monoksit / dioksite ayrışırlar.

Bu reaksiyon ürünlerinin hepsinin gaz olduğunu unutmayın. Bu gerçek ve dumansız tozların önemli ölçüde daha fazla ısı enerjisi üretmesi nedeniyle, neden siyah tozdan daha güçlü ve etkili itici gazlar olduklarını görmek kolaydır.

Kara toz ve dumansız tozlar çok farklı yanma oranı özelliklerine sahiptir.

Yukarıdaki “basit gözlemler” bölümünde belirtildiği gibi, siyah toz açık havada çok hızlı yanar, dumansız tozlar aynı koşullarda çok yavaş yanar. Dumansız bir tozun açık havada siyah tozdan 100 kat daha yavaş yanması tipiktir!

Bununla birlikte, dumansız tozlar aslında bir silahın odasında karşılaşılan koşullar altında siyah tozdan daha hızlı yanar. Bu neden böyle? Bunun nedeni, farklı malzemelerin yanma oranlarının basınca tepki vermesidir. Gaz üreten herhangi bir enerjik malzeme, çevredeki ortamın basıncı arttığında daha yüksek yanma oranı sergileyecektir.

İlginç olan şey, farklı malzemelerin basınçtaki değişikliklere farklı bir tepki (yanma hızında değişiklik) göstermesidir. Neden? Basınç bağımlılığının derecesi, bir malzemenin yanarken ürettiği gaz miktarı ile ilgilidir. Üretilen herhangi bir gaz ısıyı yanma bölgesinden uzaklaştırma eğilimindedir. Yanma hızı, bir sonraki malzeme tabakasının tutuşma noktasına ne kadar hızlı getirildiğiyle ilgilidir, bu nedenle gaz üretiminden kaynaklanan termal kayıplar yanma oranını azaltma eğilimindedir. Bununla birlikte, basınç arttıkça, kaçan gazların anlık olarak yanma yüzeyine daha yakın tutulması (alevin basınçla fiziksel olarak “ezilmesi”) ve termal transfer hızının artması nedeniyle bu oran azalması kısmen dengelenir. Bir malzeme ne kadar gaz üretirse, bu etki o kadar büyük olur.

Belirtildiği gibi, siyah toz normal atmosfer basıncında son derece hızlı bir yanma oranına sahiptir. Bunun nedeni, reaksiyon ısısının önemli bir kısmının yanma yüzeyi üzerindeki sıvı faz reaksiyonunda üretilmesidir (reaksiyonu yaymak için ısı “geri beslemesi” nin verimliliğini büyük ölçüde arttırır.) Aksine, dumansız tozların yanmasındaki ekzotermik reaksiyonların çoğu gaz fazında gerçekleşir (alev içinde.)

Yanma oranının basınca bağımlılığı hakkında ayrıntılar için lütfen bakınız: Matthew Carpenter'ın dumansız barut yanması neden bir kartuşun dışında bu kadar yavaş yanıyor? (Ben de bu cevabın bir kısmını bunun sonuna ek olarak ekledim.)

Özetle, tüm bunların sonucu, dumansız tozların açıkta yavaşça yanmasıdır (ve bir ateşli silahta yanmanın en başında, basınç çok yükselmeden önce), ancak yanma oranlarının artan basınçla önemli ölçüde artmasıdır. . Bir ateşli silahta maksimum hazne basınçlarına ulaşıldığında, dumansız tozlar aslında siyah tozdan çok daha hızlı yanar!

Uygulama açısından, dumansız tozların yanma oranı özellikleri, ateşli silahlar için bir itici rolünde onları daha etkili hale getirir. Tersine, siyah tozun özellikleri havai fişek ve küçük, basit roket motorları gibi piroteknik ürünlerde çok daha etkili hale getirir. Dumansız toz bu rollerde hemen hemen işe yaramaz! * (aşağıdaki nota bakın.)

Peki, dumansız tozların yanma oranı özellikleri onları ateşli silahlarda daha etkili kılıyor?

Bu adil bir açıklama gerektirir, ancak dumansız tozun yanma oranının, mermi çok ilerlemeden önce ateşleme sürecinin başlangıcında düşük olduğunu gözlemleyerek başlarız. Bu, basıncın aşırı olmasını önler. Mermi hareket etmeye başladığında, arkasındaki hacim artar (herhangi bir zamanda bu hacim orijinal bölme hacmine ve merminin namluya doğru hareket ederken “açığa çıkardığı” her hangi bir namluya eşittir.) Ayrıca, mermi daha hızlı hareket ediyor ve namludan aşağı doğru hareket ettikçe daha hızlı. Yanma gazlarını içeren alanın hacmi gittikçe artmakla kalmaz, gittikçe artan bir RATE'te büyür. (Matematiksel olarak eğimli okuyucularda, zaman ve toplam “odacık” hacmi arasındaki ilişki, hem birinci hem de ikinci türevleri pozitif olan bir fonksiyondur. Daha önce matematik öğrenmemiş insanlar için tercüme etmek için, bu ilişkinin grafiği soldan sağa, ancak artan "diklik" ile yukarı doğru eğriler.)

Bu, dumansız tozların artan yanma oranının devreye girdiği yerdir: yanma oranındaki artış, gaz üretim oranını arttırır. Bu, artan hacmi telafi eder (artan bir ORAN'da artar!) Kısacası, bu, namluyu aşağıya doğru hızlandırırken merminin arkasındaki basıncı korur. Buradaki tüm resim, dumansız bir tozun yanma oranının, bir silahın ateşleme işlemi sırasında oda koşullarına uyma eğiliminde olmasıdır: basınç asla çok yüksek olmaz, ancak merminin hızlanmasını sağlamak için iyi, istikrarlı bir itme sağlar.

Buna karşılık, siyah toz başlangıçtan itibaren hızlı bir şekilde yanar, ancak yanma oranı neredeyse dumansız tozlar kadar artamaz. Bu nedenle, siyah tozun gaz üretim hızı, yüksek performanslı bir ateşli silahın hızla genişleyen “oda hacmine” ayak uyduramaz. Merminin hızlı bir şekilde hareket ettiği zaman, kara toz yanması yavaşça (göreceli olarak konuşarak) “ilerliyor” ve etkili bir basınç sağlayamıyor. Dumansız tozlardan önceki günlerde, büyük ölçüde ulaşılabilir namlu çıkış hızlarında üst limiti belirleyen budur.

Bunu aklınızda bulundurursanız, siyah toz ateşli mermilerin bugün tipik olarak adlandırdığımızdan daha büyük ve daha ağır olma eğiliminin bir tesadüf olmadığını görebilirsiniz. Bu, genel “yavaş” yanmasıyla (tüm ateşleme sürecini hesaba kattığınızda) siyah tozdan en iyi şekilde yararlanmanın en iyi yoluydu.

Ayrıca, yukarıda bahsettiğim gibi (bu, tekrarlayan çok önemlidir) siyah tozun yanma ürünleri, dumansız tozların yaklaşık% 100 gaz ürettiği yaklaşık yarım gazdır. Bu, siyah tozun “yumuşak” kalite dediğim şeye sahip olmasının nedenidir: hızlı bir şekilde yanmasına rağmen (düşük basınçta), yanma ürünlerinin çoğu katı parçacıklar ve sıvı damlacıklarıdır (alev sıcaklığında). Bu, siyah tozun nihayetinde geliştirebileceği toplam güç miktarını azaltır. Diğer neden, yanma oranının yükselen basınçla gerçekten fazla artmamasıdır.

Son olarak, siyah toz ve dumansız tozlar farklı şekilde sınıflandırılır.

Siyah toz “patlayıcı” olarak sınıflandırılırken dumansız tozlar itici gaz olarak sınıflandırılır. (Kara tozun “patlayıcı” olarak adlandırılmasına kesinlikle katılmıyorum, ama bu başka bir konu.) Bunun nedeni, siyah tozun atmosfer basıncındaki çok hızlı yanma oranı nedeniyle ortaya çıkan benzersiz tehlikelerdir.

Pratik anlamda, her iki toz tipi de ateşli silahlarda kullanıldığında açıkça itici olarak işlev görmektedir.

Kimya açısından, siyah toz bir piroteknik bileşimdir. Belki de şaşırtıcı bir şekilde, dumansız tozları kimyaları açısından patlayıcı olarak sınıflandırırdım: modern yüksek patlayıcılarla aynı temel yapı ve temel reaksiyon paternini (gazlara ayrışma) paylaşırlar. Ayrıca, ateşli silahlarda kullanıldıklarında kesinlikle patlamasalar da, yeterince sert şoklar durumunda patlama yapabilirler!

* Bununla birlikte, buna çok farklı bir şekilde, piroteknik (ve özellikle havai fişekler) açısından bakarsak, siyah toz daha etkili olarak görülecektir. Bunun nedeni atmosfer basıncındaki dumansız tozlardan çok daha hızlı, çok daha hızlı yanmasıdır. (Yaklaşık 100 kat daha hızlı sırada!) Dumansız tozlar aslında siyah tozdan daha hızlı yanabilir (silahlarda karşılaşılan basınçta yaptıkları), ancak bunu yapmak için yüksek basınçlı bir ortamda olmaları gerekir. Havai fişeklerde kullanılan kağıt muhafazalar ve havai fişek kabukları ile ateşlendikleri harçlar arasındaki gevşek uyum, dumansız tozların yeterince hızlı yanacakları bir baskıya dayanamadıkları bir “çalışma ortamı” ile sonuçlanır. hatta çalışmak (yani: istenen itici gaz fonksiyonunu sağlamak.)

Ek: yanma hızı basınç bağımlılığı hakkında biraz daha ayrıntı.

Yanma hızını basıncın bir fonksiyonu olarak ifade eden bir denklem vardır: Vieille denklemi olarak bilinir, Nerede:

R = doğrusal yanma oranı (genellikle cm / sn biriminde)

a = söz konusu enerjisel malzemeye özgü sabit

p = basınç (genellikle atmosfer birimlerinde.)

n = söz konusu enerjisel malzemeye özgü başka bir sabit

R = aP ^ n

Dolayısıyla, n değeri yanma oranının basınçtan ne kadar etkilendiğini gösterir. “N” genellikle 0 ile 1 arasında değişir. Üslerin özelliklerine göre: n = 0 olduğunda, R = a herhangi bir basınç için (yanma oranı basınçtan hiç etkilenmez.) Diğer uçta, n = ise Şekil 1'de, yanma oranı basınçla doğru orantılı olacaktır, "a" orantısallık sabittir.

Siyah toz için, n değerinin yaklaşık 0.2 veya daha az olduğu bildirilirken, dumansız tozların bazıları yaklaşık 0.9'a kadar bir n değerine sahip olabilir.

Bu tartışma şu ana kadar oldukça “teorik” bir tada sahipti, bu yüzden daha somut hale getirmek için bazı rakamlar var. Bu sayılar, siyah toz ve tabanca yükleri için popüler bir çift taban dumansız toz olan Bullseye'nin yanma oranını karşılaştırır. Karşılaştırmalar atmosfer basıncında ve tipik bir tabanca odası basıncı olan 35.000 PSI'da yapılır. (Bu bilgiler Paul W. Cooper ve Stanley R. Kurowski'nin “Patlayıcı Teknolojisine Giriş” ten alınmıştır.)

Saniyede inç cinsinden normal yanma oranları (doğrusal "içe doğru hız"):

Atmosferik basınçta siyah toz 0,68 inç / sn

Atmosferde bullseye tozu: 0.0092 inç / saniye

35.000 PSI'da siyah toz: 2.45 inç / sn

35.000 PSI'da Bullseye tozu: 11.7 inç / sn

Böylece, atmosfer basıncında Bullseye, siyah toz oranının yaklaşık 1 / 74'ünde yanar. (veya isterseniz siyah toz 74 kat daha hızlı yanar.)

35.000 PSI'da Bullseye, siyah tozdan yaklaşık 4.8 kat daha hızlı yanıyor.