Оттың жылдам және ыстық тотығуы

Кіріспе

Материалдың жылдам және қызу тотығуы.

Өрт – материалдың (жануар майының) жанудың экзотермиялық химиялық процесіндегі жылдам тотығуы, нәтижесінде жылу, жарық және әртүрлі реакция өнімдері бөлінеді. Жану реакциясының белгілі бір нүктесінде, яғни тұтану нүктесінде жалын пайда болады. Жалын – оттың көзге көрінетін бөлігі. Жалын негізінен көмірқышқыл газынан, су буынан, оттегі мен азоттан тұрады. Газдар жеткілікті түрде қызу болса, олар ионданып, плазма түзеді. Жануға түскен заттар мен сыртқы қосымшаларға байланысты жалынның түсі мен оттың қарқындылығы әртүрлі болады. Өрт, ең көп таралған түрінде, жану арқылы туындайтын, қанағаттандырылмаған физикалық зақымға алып келуі мүмкін өртке әкелуі мүмкін. Өрт – бүкіл әлемдегі экологиялық жүйелерге әсер ететін маңызды процесс. Өрттің оң әсерлеріне өсімдікті ынталандыру және әртүрлі экологиялық жүйелерді сақтау жатады. Оның теріс әсерлеріне адам өмірі мен мүлігіне қауіп, атмосфераның ластануы және судың ластануы кіреді. Өрт қорғау өсімдіктерін жойғанда, қатты жаңбырлар топырақтың сумен эрозиялануына себеп болуы мүмкін. Сонымен қатар, өсімдіктердің жануы атмосфераға азотты шығарады, ал калий мен фосфор сияқты элементтер күлде қалып, топыраққа жылдам қайта сіңіріледі. Өрт салдарынан азоттың жоғалуы топырақтың құнарлылығын ұзақ мерзімге төмендетеді, оны атмосфералық азотты бекіту арқылы және оны найзағай сияқты табиғи құбылыстармен немесе клейвер, бұршақ және жасыл бұршақ сияқты азот фиксациялайтын өсімдіктермен аммиакқа айналдыру арқылы қалпына келтіруге болады. От – төрт классикалық элементтің бірі және адамдар оны рәсімдерде, ауыл шаруашылығында жерді тазарту үшін, тамақ пісіру үшін, жылу мен жарық шығару үшін, сигнал беру үшін, итергіш мақсаттар үшін, металлургияда, ұстаушылықта, қалдықтарды өртеу үшін, кремациялау үшін және қару ретінде немесе жою құралы ретінде пайдаланған.

Этимология

"От" сөзі көне ағылшын тіліндегі "Fyr" ("От, жалын") сөзінен шыққан, ол герман тіліндегі "fūr" түбіріне дейін жетеді. Бұл түбірдің өзі прото-индоевропалық "perjos" түбірінен, ал одан бұрын "paewr" түбірінен пайда болған. "От" сөзінің қазіргі жазылысы 1200 жылдан бері қолданылып келеді, бірақ ол орта ағылшын тіліндегі "fier" сөзін (қолданысы әлі де "отты" сөзінде сақталған) шамамен 1600 жылға дейін толықтай алмастырмады.

Қалдық деректері

Өрт туралы палеонтологиялық деректер алғаш рет Ордовик кезеңінің ортасында құрлықтағы флора қалыптасқанда пайда болды, бұл атмосферада бұрын-соңды болмағандай оттегінің жиналуына мүмкіндік берді, себебі жаңа құрлық өсімдіктері оны метаболизм қалдығы ретінде шығарды. Бұл концентрация 13%-дан асса, орман өртінің пайда болуы мүмкін болды. Орман өртінің алғашқы жазбалары Силур кезеңінің соңында көмірленген өсімдіктердің қалдықтары арқылы кездеседі. Девон кезеңінің соңындағы даулы кезеңді ескермегенде, көмір содан бері табылып келеді. Өрт шөптердің таралуымен және көптеген экожүйелердің басым бөлігін құрауымен бірге көбейді; бұл отты жағуға қолайлы материалды қамтамасыз етті, осылайша өрттің жылдам таралуына жағдай жасады. Отты жылу мен жарық алу үшін пайдалану адамдарға тамақ пісіруге мүмкіндік берді, сонымен бірге қоректік заттардың әртүрлілігі мен қолжетімділігін арттырды және тамақтағы патогенді микроорганизмдерді өлтіру арқылы ауруларды азайтты. Бұл жылу адамдардың суық ауа райында жылы болуына және салқын климатта өмір сүруіне көмектесті. Өрт түнгі жыртқыштарды да қорқытатын. Шамамен 1 миллион жыл бұрын пісірілген тағамның іздері табылды, бұл отты бақылаулы түрде пайдаланғанын көрсетеді, бірақ басқа дереккөздер оны 400 000 жыл бұрын тұрақты түрде қолданғандығын айтады. Шамамен 50-100 мың жыл бұрынғы дәлелдер кеңінен таралған, бұл осы уақыттан бастап тұрақты пайдалануды көрсетеді; қызығы, адам популяцияларында ауаның ластануына төзімділік осы кезеңде дами бастады. Бұл әсіресе қазіргі орманды аймақтарда маңызды, онда ағаш өсімін ынталандыру үшін дәстүрлі өрт сөндіруге тыйым салынған. Жылы оттар көбінесе көктем мен күзде жүргізіледі. Олар жапырақтарды тазартады және ықтимал үлкен өрттің себебі болуы мүмкін биомассаны өртеді. Олар жануарлар мен өсімдіктердің әртүрлілігін арттыратын ортаның әртүрлілігін қамтамасыз етеді. Адамдар үшін олар тығыз, өткісіз орманды қиып өтуге мүмкіндік береді. Адамның ландшафтты басқаруда отты пайдалануының тағы бір жолы – оны ауыл шаруашылығы үшін жерді тазарту үшін пайдалану. Жарып, өртеу әдісі Африканың тропикалық аймақтарында, Азияда және Оңтүстік Америкада кең таралған. Шағын фермерлер үшін бақыланатын өрттер өсіп кеткен жерлерді тазартудың және топыраққа өсімдіктердің қоректік заттарын қайтарудың ыңғайлы тәсілі болып табылады. Алайда, бұл пайдалы стратегияның да мәселелері бар. Халық санының өсуі, орман фрагментациясы және климаттың жылынуы жер бетін одан да үлкен өрттерге бейім етеді. Бұл экожүйелерге және инфрақұрылымға зиян келтіреді, денсаулық сақтау проблемаларын тудырады және атмосфераның одан әрі жылынуына ықпал ететін көміртегі мен күлдің көтерілуіне себеп болады, осылайша өрттердің көбеюіне себепкер болады. Бүгінде әлемде 5 миллион шаршы километрге дейін – АҚШ-тың жартысынан астам аумағы – бір жыл ішінде өртеніп кетеді. Оттың қазіргі заманғы көптеген қолданылу салалары бар. Ең кең мағынасында, отты Жердегі әрбір адам күнделікті бақыланатын ортада пайдаланады. Ішкі жану машиналарын пайдаланушылар оны әрқашан пайдаланады. Жылу электр станциялары көмір, мұнай немесе табиғи газ сияқты отынды жағу арқылы адамзаттың көп бөлігін электрмен қамтамасыз етеді, содан кейін алынған жылуды суды буға айналдыру үшін пайдаланады, бұл турбиналарды қозғалтады.

The fossil record of fire first appears with the establishment of a land based flora in the Middle Ordovician period, , permitting the accumulation of oxygen in the atmosphere as never before, as the new hordes of land plants pumped it out as a waste product. When this concentration rose above 13%, it permitted the possibility of wildfire. Wildfire is first recorded in the Late Silurian fossil record, , by fossils of charcoalified plants. Apart from a controversial gap in the Late Devonian, charcoal is present ever since. Fire also became more abundant when grasses radiated and became the dominant component of many ecosystems, around ; this kindling provided tinder which allowed for the more rapid spread of fire. Making fire to generate heat and light made it possible for people to cook food, simultaneously increasing the variety and availability of nutrients and reducing disease by killing pathogenic microorganisms in the food. The heat produced would also help people stay warm in cold weather, enabling them to live in cooler climates. Fire also kept nocturnal predators at bay. Evidence of occasional cooked food is found from Although this evidence shows that fire may have been used in a controlled fashion about 1 million years ago, other sources put the date of regular use at 400,000 years ago. Evidence becomes widespread around 50 to 100 thousand years ago, suggesting regular use from this time; interestingly, resistance to air pollution started to evolve in human populations at a similar point in time. This is especially a problem in the forests of today where traditional burning is prevented in order to encourage the growth of timber crops. Cool fires are generally conducted in the spring and autumn. They clear undergrowth, burning up biomass that could trigger a hot fire should it get too dense. They provide a greater variety of environments, which encourages game and plant diversity. For humans, they make dense, impassable forests traversable. Another human use for fire in regards to landscape management is its use to clear land for agriculture. Slash and burn agriculture is still common across much of tropical Africa, Asia and South America. For small farmers, controlled fires are a convenient way to clear overgrown areas and release nutrients from standing vegetation back into the soil. However, this useful strategy is also problematic. Growing population, fragmentation of forests and warming climate are making the earth's surface more prone to ever larger escaped fires. These harm ecosystems and human infrastructure, cause health problems, and send up spirals of carbon and soot that may encourage even more warming of the atmosphere – and thus feed back into more fires. Globally today, as much as 5 million square kilometres – an area more than half the size of the United States – burns in a given year. There are numerous modern applications of fire. In its broadest sense, fire is used by nearly every human being on Earth in a controlled setting every day. Users of internal combustion vehicles employ fire every time they drive. Thermal power stations provide electricity for a large percentage of humanity by igniting fuels such as coal, oil or natural gas, then using the resultant heat to boil water into steam, which then drives turbines.

Соғыста отты қолдану

Өрттің соғыста қолданылу тарихы ұзақ. Өрт – ертедегі жылулық қарулардың негізі болды. Византия флоты кемелер мен әскерлерге шабуыл жасау үшін грек отын қолданды. Қытайда оқ-дәрінің ойлап табылуы оттық найзаның пайда болуына әкелді, бұл шамамен 1000 жылға дейін сонатын отты лақтыратын қару, ол оқ-дәрімен қозғалатын снарядтардың алғы күші болды. Ең алғашқы заманауи жалын шашушылар Бірінші дүниежүзілік соғыста жаяу әскерлер қолданды, алғаш рет 1915 жылдың ақпанында Верден маңында неміс әскерлері француз әскерлеріне қарсы қолданды. Кейіннен олар Екінші дүниежүзілік соғыста бронетранспорттық құралдарға сәтті орнатылды. Шыны бөтелкелерден жасалған, қолмен лақтырылатын өртке қарсы бомбалар, кейіннен «Молотов коктейлі» деп аталды, 1930 жылдары Испания азамат соғысы кезінде қолданылды. Сол соғыста фашистік итальяндық және нацистік неміс әуе күштері Герникаға қарсы Франконың ұлтшылдарын қолдау үшін арнайы құрылған өртке қарсы бомбаларды қолданды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Остік державалар мен одақтастар Ковентри, Токио, Роттердам, Лондон, Гамбург және Дрезден сияқты қалаларға өртке қарсы бомбалар тастады; соңғы екі жағдайда қалаларды қоршаған от шеңбері орталық оттардан туындаған үстіңгі ағыспен ішке тартылып, өрт дауылдары әдейі тудырылды. Соғыстың соңғы айларында АҚШ Әскери-әуе күштері жапон нысаналарына қарсы жанғыш сұйықтықты кеңінен қолданды, осының нәтижесінде негізінен ағаштан және қағаздан салынған қалалар қирады. Жалынды сұйықтық – напалм 1944 жылдың шілдесінде Екінші дүниежүзілік соғыстың соңында қолданылды, бірақ оның қолданылуы Вьетнам соғысына дейін көпшілік назарына ілінбеді.

Өртке қарсы іс-қимыл

Өрттің көлемін, пішінін және қарқындылығын оңтайландыру үшін басқаруды, әдетте, өрт басқару деп атайды. Ал оның дәстүрлі түрде (кейде әлі де) тәжірибелі аспаздар, теміршілер, металлургтер және басқалар қолданатын озық түрлері – жоғары біліктілік талап ететін іс-әрекеттер. Оларға қай отынды жағу керектігін білу, отынды қалай орналастыру, өртті бастапқы және күтіп ұстау кезеңдерінде қалай қоздыру, қажетті мақсатқа сәйкес жылуды, жалынды және түтінді қалай реттеу, отты кейін қайта жағу үшін қалай сақтау, сондай-ақ пештерді, ошақтарды, нан пісіру пештерін, өнеркәсіптік пештерді қалай таңдау, жобалау немесе өзгерту туралы білім кіреді. Өрт басқарудың толыққанды сипаттамаларын теміршілік, шеберлікпен кемпинг жасау немесе әскери барлау, сондай-ақ шаруашылық өнері туралы әртүрлі кітаптарда табуға болады.

Энергияны өнімді пайдалану

Отынды жағу химиялық энергияны жылу энергиясына айналдырады; ағаш ежелгі заманнан бері отын ретінде қолданылып келеді. Халықаралық Энергия агенттігінің мәліметінше, соңғы онжылдықтарда әлемдік қуаттың шамамен 80 пайызы мұнай, табиғи газ және көмір сияқты қазба отындардан тұрақты түрде алынып келеді. Электр стансасындағы от суды қыздыруға қолданылады, нәтижесінде турбиналарды игеріп шығаратын бу пайда болады. Турбиналар кейін электр генераторын айналдырып, электр энергиясын өндіреді. От сыртқы және ішкі жану қозғалтқыштарында жылулық кеңею арқылы тікелей механикалық жұмыс жасау үшін де қолданылады. Өрттен кейін қалған жанғыш материалдың жанбайтын қатты қалдықтары, егер оның балқу температурасы жалын температурасынан төмен болса, клинкер деп аталады, себебі ол балқиды, содан кейін салқындағанда қатып қалады, ал егер оның балқу температурасы жалын температурасынан жоғары болса, күл деп аталады.

Жалын

Жалын – реакцияға түсетін газдар мен қатты заттардың қоспасы, көрінетін, инфрақызыл және кейде ультракүлгін сәулелерді шығарады. Олардың жиілік спектрі жанған материалдың және аралық реакция өнімдерінің химиялық құрамына байланысты. Көптеген жағдайларда, мысалы, ағаш сияқты органикалық заттардың жануы немесе газдың толық емес жануы кезінде, саңырау деп аталатын қызғылт қатты бөлшектер "оттың" таныс қызыл-сары жарығын тудырады. Бұл жарықтың спектрі үздіксіз. Газдың толық жануы ақшыл көк түспен сипатталады, себебі жалын ішіндегі қозған молекулалардағы электрондық ауысулар нәтижесінде бір толқынды сәулелену пайда болады. Әдетте, оттегі қатысады, бірақ хлордағы сутек те жалын тудырады, сутек хлоридін (HCl) бөліп шығарады. Жалынды тудыратын басқа да мүмкін комбинациялардың көптеген мысалдарының ішінде фтор мен сутек, гидразин мен азот тетроксиді бар. Сутек пен гидразин/УДМХ жалындары да ашық көк түсті, ал 20-шы ғасырдың ортасында реактивтік және зымырандық қозғалтқыштар үшін жоғары энергиялы отын ретінде қарастырылған бор және оның қосылыстары жанғанда, қарқынды жасыл жалын пайда болады, соның нәтижесінде оған "Жасыл Аждаһа" деген бейресми лақап қойылған. Жалынның жарқырауы күрделі құбылыс. Саңырау, газ және отын бөлшектерінен қара дене сәулеленуі шығарылады, бірақ саңырау бөлшектерінің мөлшері кемелді қара денелер сияқты мінез-құлық танытуға жеткіліксіз. Газдардағы атомдар мен молекулалардың фотон шығаруы да болады. Сәулеленудің көп бөлігі көзге көрінетін және инфрақызыл спектрде таралады. Түсі қара дене сәулеленуінің температурасына және эмиссиялық спектрдің химиялық құрамына байланысты. Қалыпты гравитациялық жағдайда жалынның таралуы конвекцияға байланысты, себебі саңырау әдетте жалынның жоғарғы бөлігіне көтеріледі, мысалы, қалыпты гравитациялық жағдайда шамда, оны сары түске бояйды. Микрогравитация немесе нөлдік гравитация жағдайында, мысалы, ғарыш кеңістігінде конвекция болмайды, жалын шар тәрізді болады, көк түске айналады және тиімділігі артады (бірақ ол тұрақты түрде қозғалмаса, сөніп қалуы мүмкін, себебі жанудан пайда болған CO2 микрогравитацияда оңай таралмайды және жалынды тұншықтыруға бейім). Бұл айырмашылықтың бірнеше түсіндірмелері бар, олардың ең ықтималдысы температураның жеткілікті түрде тең бөлінуі, нәтижесінде саңырау пайда болмайды және толық жану жүзеге асады. НАСА жүргізген эксперименттер микрогравитациялық диффузиялық жалындардың жердегі диффузиялық жалындарға қарағанда, пайда болғаннан кейін саңыраудың көбірек тотығуына мүмкіндік беретінін көрсетті, себебі микрогравитациялық жағдайдағы механизмдер қалыпты гравитациялық жағдайлардан өзгеше жұмыс істейді. Бұл жаңалықтар қолданбалы ғылым мен өнеркәсіпте, әсіресе отын тиімділігі саласында қолдануға ие.

A flame is a mixture of reacting gases and solids emitting visible, infrared, and sometimes ultraviolet light, the frequency spectrum of which depends on the chemical composition of the burning material and intermediate reaction products. In many cases, such as the burning of organic matter, for example wood, or the incomplete combustion of gas, incandescent solid particles called soot produce the familiar red orange glow of "fire". This light has a continuous spectrum. Complete combustion of gas has a dim blue color due to the emission of single wavelength radiation from various electron transitions in the excited molecules formed in the flame. Usually oxygen is involved, but hydrogen burning in chlorine also produces a flame, producing hydrogen chloride (HCl). Other possible combinations producing flames, amongst many, are fluorine and hydrogen, and hydrazine and nitrogen tetroxide. Hydrogen and hydrazine/UDMH flames are similarly pale blue, while burning boron and its compounds, evaluated in mid 20th century as a high energy fuel for jet and rocket engines, emits intense green flame, leading to its informal nickname of "Green Dragon". The glow of a flame is complex. Black body radiation is emitted from soot, gas, and fuel particles, though the soot particles are too small to behave like perfect blackbodies. There is also photon emission by de excited atoms and molecules in the gases. Much of the radiation is emitted in the visible and infrared bands. The color depends on temperature for the black body radiation, and on chemical makeup for the emission spectra. The common distribution of a flame under normal gravity conditions depends on convection, as soot tends to rise to the top of a general flame, as in a candle in normal gravity conditions, making it yellow. In micro gravity or zero gravity, such as an environment in outer space, convection no longer occurs, and the flame becomes spherical, with a tendency to become more blue and more efficient (although it may go out if not moved steadily, as the CO2 from combustion does not disperse as readily in micro gravity, and tends to smother the flame). There are several possible explanations for this difference, of which the most likely is that the temperature is sufficiently evenly distributed that soot is not formed and complete combustion occurs. Experiments by NASA reveal that diffusion flames in micro gravity allow more soot to be completely oxidized after they are produced than diffusion flames on Earth, because of a series of mechanisms that behave differently in micro gravity when compared to normal gravity conditions. These discoveries have potential applications in applied science and industry, especially concerning fuel efficiency.

Өрт туралы ғылым

Өрт туралы ғылым – өрттің қасиеттері, динамикасы және жану процесін зерттейтін физикалық ғылым саласы. Өрт туралы ғылымның қолданылу аясы өрттен қорғау, өрт зерттеуі және орман өртін басқаруды қамтиды.

Өрт экологиясы

Жер бетіндегі әрбір табиғи экожүйенің өзіндік өрт режимі болады, ал сол экожүйедегі тірі организмдер сол өрт режиміне бейімделген немесе оған тәуелді. Өрт түрлі-түрлі мекендеу ошагтарынан мозаика жасайды, олардың әрқайсысы өсудің әртүрлі сатысында болады. Өсімдіктердің, жануарлардың және микроорганизмдердің әртүрлі түрлері белгілі бір сатыны пайдалануға маманданған, ал осылайша әртүрлі ошақтарды құру арқылы өрт ландшафттағы түрлердің көбірек болуына жағдай жасайды.

Алдын алу және қорғау жүйелері

Әлемдегі орман өрттерінің алдын алу бағдарламалары орман өрттерін пайдалану және жоспарланған немесе бақыланатын өрттер сияқты техникаларды қолдануы мүмкін. Орман өрттерін пайдалану – табиғи себептерден туындаған, бақыланатын, бірақ толығымен өртенуіне рұқсат етілген өртті білдіреді. Бақыланатын өрттер – қауіпсіз ауа райы жағдайында мемлекеттік органдардың жағарған өрттері. Дамыған аймақтарда бақылаусыз өрттерді сөндіру немесе тоқтату үшін өрт сөндіру қызметтері ұсынылады. Оқытылған өрт сөндірушілер өрт сөндіру техникасын, сумен жабдықтау ресурстарын, мысалы, су құбырларын және өрт гидранттарын пайдаланады, немесе өрттің қоздырғышына байланысты А және В класындағы көбікті қолдануы мүмкін. Өрт алдын алудың мақсаты – тұтандыру көздерін азайту. Өрт алдын алуға адамдарды өртке қалай жол бермеуге үйрету де кіреді. Ғимараттар, әсіресе мектептер мен биік ғимараттар, азаматтарды ғимараттағы өртке қалай ден қоюға және әрекет етуге болатыны туралы хабардар ету және дайындау үшін өрттен қашу жаттығуларын өткізеді. Қасақана түрде қирату мақсатымен өрт сөндіру – өртеу болып табылады және көптеген елдерде қылмыс деп есептеледі. Ғимараттарды салу ережелері өрттен туындаған зиянды азайту үшін пассивті және белсенді өрттен қорғау жүйелерін талап етеді. Белсенді өрттен қорғаудың ең көп таралған түрі – өрт сөндіргіштер. Ғимараттардың пассивті өрттен қорғалуын арттыру үшін, көптеген дамыған елдерде құрылыс материалдары мен жиһаздардың отқа төзімділігі, жанғыштығы және тұтанғыштығы тексеріледі. Көлік құралдары мен кемелерде қолданылатын маталар, кілемдер және пластиктер де сынақтан өтеді. Егер өрт алдын алу және өрттен қорғау шаралары зиянды болдырмаса, өрттен сақтандыру қаржылық залалды азайтуға көмектеседі.