Номер 10.39, страница 56 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 10. Электризация тел. Проводники и диэлектрики - номер 10.39, страница 56.

Условие.

10.39. Бывали случаи, когда быстро поднимающийся воздуш- ный шар (рис. 35) загорался в воздухе. Чем это объяснить?

Рис. 35

Решение.

Решение

Возгорание быстро поднимающегося воздушного шара объясняется поведением его топлива (обычно сжиженного пропана) при резком изменении внешних условий, а не нагревом воздуха внутри оболочки.

При быстром наборе высоты происходит резкое падение окружающего атмосферного давления. Температура кипения любой жидкости зависит от давления над её поверхностью: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. Сжиженный пропан в топливных баках находится под давлением, но при быстром подъеме резкое падение внешнего давления приводит к тому, что температура кипения пропана становится ниже его текущей температуры. В результате сжиженный газ начинает бурно, практически взрывообразно, кипеть.

Это мгновенное вскипание создает огромное количество газообразного пропана за очень короткое время. Топливная система шара (редукторы и клапаны горелки) не рассчитана на такой резкий и мощный скачок давления и потока газа. Происходит неконтролируемый выброс большого объема горючего газа, который смешивается с воздухом.

Образовавшееся газовоздушное облако воспламеняется от пламени самой горелки. Происходит мощная вспышка, и образовавшийся большой факел пламени может легко достать до тканевой оболочки шара и поджечь её.

Важно понимать, что сам воздух внутри оболочки шара при быстром подъеме, наоборот, охлаждается. Этот процесс можно считать адиабатическим расширением (без теплообмена с окружающей средой). Согласно первому началу термодинамики, изменение внутренней энергии $ \Delta U $ равно сумме полученной теплоты $ Q $ и работы внешних сил. Или, в другой форме, $ \Delta U = Q - A $, где $ A $ — работа, совершенная системой (газом). При адиабатическом процессе $ Q=0 $. Газ внутри шара расширяется, совершая работу ($ A > 0 $), поэтому его внутренняя энергия и, следовательно, температура уменьшаются ($ \Delta U = -A < 0 $). Это исключает версию о самовозгорании из-за нагрева воздуха в оболочке.

Ответ: Возгорание происходит из-за бурного вскипания сжиженного топлива (пропана) в баках, вызванного резким падением атмосферного давления при быстром наборе высоты. Это приводит к неконтролируемому выбросу и последующему воспламенению большого объема горючего газа от пламени горелки, которое поджигает оболочку шара.