القوة (المتفجرة)

في المواد المتفجرة ، تُعدّ القوة المعيار الذي يحدد قدرة المادة المتفجرة على تحريك المواد المحيطة بها. وهي مرتبطة بكمية الغازات الناتجة عن التفاعل، وكمية الحرارة المتولدة. انظر: قوة التفجير .

قوة المتفجرات، أو طاقتها الكامنة، هي إجمالي الشغل الذي يمكن أن يؤديه الغاز الناتج عن انفجارها، عند تمدده بشكل أديباتي من حجمه الأصلي، حتى ينخفض ​​ضغطه إلى الضغط الجوي ودرجة حرارته إلى 15  درجة مئوية. وبالتالي، فإن الطاقة الكامنة هي إجمالي كمية الحرارة المنبعثة عند ثبات الحجم، معبرًا عنها بوحدات الشغل المكافئ، وهي مقياس لقوة المتفجرات.

يتم قياس قوة المتفجرات، على سبيل المثال، عن طريق اختبار كتلة الرصاص من نوع تراوزل .

قد يحدث الانفجار في حالتين عامتين: الأولى، غير محصورة، كما في الهواء الطلق حيث يكون الضغط الجوي ثابتًا؛ والثانية، محصورة، كما في حجرة مغلقة حيث يكون الحجم ثابتًا. تنطلق كمية متساوية من الطاقة الحرارية في كلتا الحالتين، ولكن في الانفجار غير المحصور، يُستخدم جزء منها كطاقة شغل في دفع الهواء المحيط، وبالتالي يُفقد على شكل حرارة. أما في الانفجار المحصور، حيث يكون حجم المادة المتفجرة صغيرًا (كما هو الحال في حجرة البارود في السلاح الناري)، فإن معظم حرارة الانفجار تُحفظ كطاقة مفيدة. إذا حُسبت كمية الحرارة المنطلقة عند حجم ثابت في ظل ظروف كظيمة، وحُوّلت من وحدات حرارية إلى وحدات شغل مكافئة، ينتج عن ذلك طاقة الشغل الكامنة.

لذلك، إذا

يمثل Q _mp إجمالي كمية الحرارة المنبعثة من مول واحد من المواد المتفجرة عند درجة حرارة 15 درجة مئوية وضغط ثابت (الضغط الجوي)؛

يمثل Q _mv إجمالي الحرارة المنبعثة من مول واحد من المتفجرات عند درجة حرارة 15 درجة مئوية وحجم ثابت؛ و

يمثل W طاقة العمل المبذولة في دفع الهواء المحيط في انفجار غير محصور، وبالتالي فهو غير متاح كحرارة نظرية صافية؛

ثم، بسبب تحويل الطاقة إلى شغل في حالة الضغط الثابت،

Q _mv = Q _mp + W

ومنها يمكن تحديد قيمة Q _mv . بعد ذلك، يمكن حساب طاقة مول واحد من المتفجرات. وباستخدام هذه القيمة، يمكن تحديد طاقة أي وزن آخر من المتفجرات بنسب بسيطة.

باستخدام مبدأ الحالة الأولية والنهائية، وجدول حرارة التكوين (الناتج عن البيانات التجريبية)، يمكن حساب الحرارة المنبعثة عند ضغط ثابت بسهولة.

م ن

Q _mp = v _i Q _fi - v _k Q _fk

1 1

أين:

Q _fi = حرارة تكوين المنتج i عند ضغط ثابت

Q _fk = حرارة تكوين المتفاعل k عند ضغط ثابت

v = عدد مولات كل ناتج/متفاعل ( m هو عدد النواتج و n هو عدد المتفاعلات)

تُعبّر الطاقة المبذولة من قِبل نواتج الانفجار الغازية عن نفسها بالمعادلة التالية:

W = P dv

مع ثبات الضغط وإهمال الحجم الابتدائي، يختزل هذا التعبير إلى:

W = P·V ₂

بما أن حرارة التكوين تُحسب عند الضغط الجوي القياسي (  101325 باسكال، حيث 1 باسكال = 1 نيوتن/م² ⁾ ودرجة حرارة 15  درجة مئوية، فإن V² _هو الحجم الذي تشغله غازات المنتج في ظل هذه الظروف. عند هذه النقطة

W /mol = (  101325 N/m2 ⁾ (23.63 L/mol)(1m3 ^/ 1000 L) = 2394 N·m/mol = 2394 J/mol

وباستخدام عوامل التحويل المناسبة، يمكن تحويل العمل إلى وحدات من الكيلوكالوري.

W /mol = 0.572 كيلو كالوري/مول

بمجرد موازنة التفاعل الكيميائي ، يمكن حساب حجم الغاز الناتج وشغل التمدد. بعد ذلك، يمكن إجراء الحسابات اللازمة لتحديد الجهد.

لقناة TNT:

C₆H₂ ( _NO₂ ) _{₃CH₃ →} 6CO ₊ 2.5H₂ ₊ 1.5N₂ ₊ C_​​

لـ 10  مول

ثم:

Q _{_mp} = 6(26.43) – 16.5 = 142.08 كيلو كالوري/مول

ملاحظة: تُستخدم العناصر في حالتها الطبيعية (H₂ _، O₂ _، N₂ _، C، إلخ) كأساس لجداول حرارة التكوين، وتُعطى قيمة صفرية. انظر الجدول 12-2.

Q _mv = 142.08 + 0.572(10) = 147.8 كيلو كالوري/مول

كما ذُكر سابقاً، فإن Q _mv، بعد تحويلها إلى وحدات عمل مكافئة، تمثل طاقة المتفجرات. (MW = الوزن الجزيئي للمتفجرات)

الطاقة الكامنة = Q _mv كيلو كالوري/مول × 4185 جول/كيلو كالوري × 1000 جم/كجم × 1 مول/(مول·جم)

الجهد = Q _mv (4.185 مليون) جول/(مول·كجم)

لـ TNT ،

الطاقة الكامنة = 147.8 (4.185 مليون) / 227.1 = 2.72 مليون جول/كجم

بدلاً من جدولة هذه الأرقام الكبيرة، يُعتبر TNT المتفجر القياسي في مجال المتفجرات، وتُحدد قوة المتفجرات الأخرى نسبةً إلى قوة TNT. وقد حُسبت طاقة TNT الكامنة أعلاه لتكون 2.72 مليون جول/كجم. ويمكن التعبير عن القوة النسبية (RS) كما يلي:

RS = احتمالية الانفجار / (2.72 مليون)