Отты жағу құралы: Ауаның қысымымен өрт шығару

Кіріспе

От жағу құралы

От поршені, кейде отты шприц немесе соққылы отты тұтандырғыш деп аталады, Оңтүстік-Шығыс Азиядан шыққан ежелгі құрал. Ол от жағу үшін қолданылады. Малай тілінде "gobek api" деп аталады. Ол газды (осы жағдайда ауаны) жылдам және адиабатикалық қысым арқылы қыздыру принципін пайдаланып, тұтандырғышты тұтандырады, содан кейін ол кішкентай отынды жағу үшін қолданылады.

Сипаттамасы мен қолданылуы

Отты поршень – бір жағынан жабылып, екінші жағынан ашық болатын қуыс цилиндрден тұрады. Оның ұзындығы 3-тен 6 дюймға (7,5-тен 15 см-ге) дейін, диаметрі шамамен 0,25 дюйм (6-7 мм) бола алады, сондай-ақ 10-нан 14 дюймға (25-тен 35 см-ге) дейін, диаметрі 0,5 дюйм (14 мм) болатын түрлері де бар. Цилиндрге ауа өткізбейтін дөңгелек тығын жабдықталған поршень орнатылады. Ауа өткізбейтін, бірақ сырғанақ тығын жасау үшін сумен немесе маймен майланған жіп орамы немесе резеңке тығын қолданылады. Поршеньнің ұшында кішкентай ойық жасалады, онда отты жағу үшін қолданылатын материалды (шайырды) келесі операцияларда бүлдірмей салуға болады. Поршеньді цилиндрден толығымен шығарып, отты жағу материалының орнатылуына немесе алынып тасталуына мүмкіндік береді. Поршеньнің (немесе цилиндрдің) ұшында берік ұстауға қолайлы тұтқа немесе цилиндрді (немесе поршеньді) қатты бетке тіреп, ауырсынусыз күшпен соғуға жеткілікті үлкен беттік ауданы болады. Поршеньді цилиндрге жылдам түрткен кезде ауа қысылып, ішкі температура күрт өседі, 400°F (260°C) жоғарылайды – бұл отты жағу материалының өздігінен тұтану температурасы. Егер цилиндр мөлдір немесе жартылай мөлдір материалдан жасалған болса, поршень бетіндегі отты жағу материалының жарқырап тұтануын көруге болады. Содан кейін поршеньді тез шығарып алады, цилиндр ішіндегі оттегі таусылмас бұрын. Қызып тұрған отты жағу материалы поршень бетінен алынып, үлкен отты жағу материалының ұясына ауыстырылады. Жалынды пайда ету үшін отты жағу материалына күшпен үрленіп, содан кейін толыққанды отты жағу үшін үлкен отын қосылады. Ежелгі және қазіргі заманғы отты поршеньдер ағаштан, жануар мүйіздерінен, мүйізден, бамбуктан немесе металдан жасалған. Бүгінде отты поршеньдер ағаштан, металдан немесе пластиктен жасалады. Ағаш қазықтарды, ПВХ және мыс құбырларды, сондай-ақ резеңке О-сақиналарын пайдаланып, 2 АҚШ долларынан арзан нұсқаларын жасауға болатын өздігінен жасау жобалары қолжетімді.

A fire piston consists of a hollow cylinder sealed at one end and open at the other. Sizes range in length from 3 to 6 inches (7.5 to 15 cm) with a bore about 0.25 inch (6–7 mm) in diameter, to 10 to 14 inches (25 to 35 cm) with a bore about 0.5 inch (14 mm) in diameter. A piston with an airtight circular seal is fitted into the cylinder. A string packing lubricated with water or rubber gasket lubricated with grease is used to create an air tight but slippery seal. At the end of the piston a small cavity is made, where tinder can be inserted without it being crushed during subsequent operations. The piston can be completely withdrawn from the cylinder for installation or removal of the tinder. The piston (or cylinder) has a handle on the end to allow a firm grip to be applied to it, or a large enough surface area to strike it sharply without causing pain, while the cylinder (or piston) is braced or slammed against a hard surface. The compression of the air when the piston is quickly forced into the cylinder causes the interior temperature to rise sharply to over 400 °F (260 °C), the autoignition temperature of tinder. This is hot enough for the tinder in the piston face to ignite with a visible flash that can be seen, if the cylinder is made of translucent or transparent material. The piston is then quickly withdrawn, before the now burning tinder depletes the available oxygen inside the cylinder. The smouldering tinder can then be removed from the face of the piston and transferred to a larger nest of tinder material. The ember is then fanned or blown upon vigorously to create a flame, at which time various stages of larger kindling can be added until built into a full scale fire. Ancient and modern versions of fire pistons have been made from wood, animal horns, antlers, bamboo, or metal. Today, fire pistons are commonly constructed from wood, metal, or plastic. Do it yourself designs have become available using wood dowels, PVC and copper pipe, and rubber O rings, to build versions costing less than $2 USD each.

Жұмыс істеу принципі

Газды жылдам қысу оның қысымын және температурасын бір уақытта арттырады. Егер бұл қысылу тым баяу болса, газ қоршаған ортамен жылулық тепе-теңдікке келгенде, жылу сыртқа таралады. Егер қысылу жеткілікті жылдам болса, жылулық тепе-теңдікке жетуге уақыт болмайды. Газдың абсолюттік температурасы кенеттен қоршаған ортадан әлдеқайда артық болуы мүмкін, бастапқы бөлме температурасынан отты тұтандыра алатын температураға дейін көтерілуі мүмкін. Цилиндрдегі ауа жылу көзі ретінде де, оттық отынның тотықтырғышы ретінде де әрекет етеді. Дизель қозғалтқышында да осы принцип қолданылады, цилиндрдегі отынды тұтандыру үшін, бензин қозғалтқышында қолданылатын тұтандыру қажеттілігін жояды. Жұмыс істеу принципі дизельге ертедегі балама – ыстық шамдық қозғалтқышқа жақын, себебі отын (оттық) газбен бірге қысылады, ал дизельде отын газ қысылғаннан кейін және жоғары температурада шашыратылады. Отты поршеньдердің қысылу қатынасы шамамен 25:1-ге тең. Бұл қазіргі дизель қозғалтқыштары үшін шамамен 20:1, ал бензин қозғалтқыштары үшін 7:1 мен 11.5:1 аралығында. Отты поршень қасақана тар етіп жасалған, сондықтан адам күші цилиндрдегі ауаны толық қысуға жеткілікті күш түсіре алады. Жоғары қысылу қатынасына қол жеткізу үшін оттық пен ауаның соңғы қысылған көлемі поршень түтігінің ұзындығына қарағанда кішкентай болуы керек. Бұл екі фактордың бірігіп, отты поршеньмен өте аз мөлшердегі оттық ғана тұтандырылуы мүмкін, бірақ бұл басқа оттықты тұтандыруға және одан әрі үлкен отты жағуға жеткілікті болуы мүмкін. Өте төмен температурада тұтанатын оттықтар жақсы жұмыс істейді. Көмірленген мата, мысалы, ағаш матасы немесе амаду сияқты тез тұтанатын материалдар оттық ретінде жақсы, сонымен қатар қорғанды ұстап тұра алады. Ал мақта талшықтары тұтанады және жарқырайды, бірақ қорғанды ұстамайды. Жарық жарқырауы кейде демонстрациялық мақсаттар үшін жеткілікті, бірақ тұрақты отты жағуға жеткілікті емес. Қолмен басқарылатын сорғының, мысалы, қарапайым велосипед сорғысының құрылымы өте ұқсас, бірақ сорғыда сығымдалған ауаны беру үшін клапандар мен шлангтар да бар. Сорғы жағдайында сығымдалған ауаның қызуы – қажетсіз қосымша эффект. Екі жағдайда да – отты поршеньдерде де, сорғыларда да, механизм мен майлау материалдары жоғары температура мен қысымға төтеп беруге қабілетті болуы керек.

Rapid compression of a gas increases its pressure and its temperature at the same time. If this compression is done too slowly the heat will dissipate to the surroundings as the gas returns to thermal equilibrium with them. If the compression is done quickly enough, then there is no time for thermal equilibrium to be achieved. The absolute temperature of the gas can suddenly become much higher than that of its surroundings, increasing from the original room temperature of the gas to a temperature hot enough to set tinder alight. The air in the cylinder acts both as a source of heat and as an oxidizer for the tinder fuel. The same principle is used in the diesel engine to ignite the fuel in the cylinder, eliminating the need for a spark plug as used in the gasoline engine. The principle of operation is closer to the hot bulb engine, an early antecedent to the diesel, since the fuel (tinder) is compressed with the gas, while in a diesel the fuel is injected when the gas is already compressed and at a high temperature. Fire pistons have a compression ratio of about 25 to 1. This compares with about 20:1 for a modern diesel engine, and between 7:1 and 11.5:1 for a gasoline engine. The fire piston is made deliberately narrow so that unaided human strength can exert enough force to compress the air in the cylinder to its fullest extent. To achieve a high compression ratio, the final compressed volume of the tinder and air must be small relative to that of the length of the piston tube. These two factors together mean that only a tiny amount of tinder can be lit by a fire piston, but this can be sufficient to light other tinder, and in turn to light a larger fire. Tinders that ignite at a very low temperature work best. Easily combustible materials such as char cloth or amadou work well as tinder, and can also hold an ember. By contrast, cotton fibers ignite at and will flash brightly but do not hold an ember. The bright flash of light is sometimes sufficient for demonstration purposes, but will not start a persistent fire. The construction of a hand operated pump, such as an ordinary bicycle pump, is very similar except that the pump also has valves and a hose to deliver compressed air as an output. In the case of the pump, the heating of the compressed air is an undesired side effect. In both fire piston and pumps, the mechanism and lubricants must be chosen to resist high peak temperatures and pressures.

Оңтүстік-Шығыс Азия және Мадагаскар

[[Файл:Волтер Хоуфтың отқа төзімді жинағы. Тайландтан (1,2); Филиппиннен (3,4); және Ява, Индонезиядан (5) Оңтүстік-Шығыс Азиядағы оттық поршеньдер бамбуктан, ағаштан, металдан, пил сүйегінен, сүйектен және мүйізден әртүрлі жасалды. Негізгі түтік әдетте шамамен ұзындығы және диаметрі болды, ал ішкі диаметрі шамамен құрады. Түтіктің ұшы көбінесе шайыр сақтауға арналған кішкентай ойысқа кеңейді. Қолданылатын шайыр көбінесе пальма жапырақтарының түбінен және ратан өсімдігінен алынды және әдетте поршеньмен бірге тасымалданатын шайыр сақтағышта сақталды. Олар тай тілінде lek phai tok, ал малай тілінде gobek api (сөзбе-сөз "өрт ұясы мен тоқмақ") деп аталды. Оңтүстік-Шығыс Азиядағы оттық поршеньнің тарихы белгісіз, бірақ ол Мадагаскардың австронезиялықтармен мекенделуіне дейін (шамамен б.з. 100-500 жылдар) пайда болған. Бұл Мадагаскардың Оңтүстік-Шығыс Азиядағы шығу тегін көрсететін алғашқы нақты дәлелдердің бірі болды. Бұл поршеньдік балғалар еуропалықтар келгенге дейін Мадагаскарға жеткен. Еуропалық оттық поршеньдерге Оңтүстік-Шығыс Азиялық оттық поршеньдердің әсер еткені туралы пікірлер қалыптасты, бірақ Балфур (1908) және Фокс (1969) еуропалық оттық поршеньдердің пневматикалық қарулар арқылы тәуелсіз түрде ашылғанын нақтылады. Дегенмен, Фокс Оңтүстік-Шығыс Азиялық оттық поршеньдердің Еуропадан әкелінгенін дәлелдеуге тырысты, бірақ басқа ғалымдар бұл тұжырымды сенімсіз деп санайды. Поршеньдік балға технологиясының болуы және оқшауланған және алыс мәдениеттерде де, мысалы, Солтүстік Бирманың Качин және таулы Лусонның Игорот тайпаларында оттық поршеньдердің кездесуі, Оңтүстік-Шығыс Азиялық оттық поршеньдердің еуропалық үлгілерге дейін болғанын көрсетеді. Еуропалық оттық поршеньдердің тәуелсіз ойлап табылуына қарамастан, 1892 жыл шамасында Рудольф Дизельді дизель қозғалтқышын жасауға шабыттандырған Оңтүстік-Шығыс Азиялық оттық поршеньдер болды, еуропалық үлгілер емес (ол үлгілер 19 ғасырдың соңында спичкалармен ауыстырылды). Дизель өнертапқыш Карл фон Линденің шәкірті болды. Ол ішкі жану қозғалтқышының идеясын Линденің оттық поршеньмен темекіні жаққанын көргеннен кейін алды. Линденің бұл оттық поршенін ол Пенанг қаласында өткен лекция кезінде Оңтүстік-Шығыс Азиядан сатып алған.

[[File:Firepiston colleciton of Walter Hough. jpg|thumb|Fire pistons from Thailand (1,2); the Philippines (3,4); and Java, Indonesia (5)

Fire pistons in Southeast Asia were variously constructed of bamboo, wood, metal, ivory, bone, and horn. The main tube was typically around long and in diameter, with a bore size around The end of the tube usually flared out into a small cavity used for holding tinder. The tinder used was typically obtained from the leaf bases of palm trees and rattan vines and were usually stored in a tinder box carried along with the piston. They were reported to be known as lek phai tok in Thai; and gobek api in Malay (literally "fire mortar and pestle). The antiquity of the fire piston in Southeast Asia is unknown, but it definitely pre dated the Austronesian colonization of Madagascar (c. 100 500 AD). It was one of the early definite proofs linking Madagascar with a Southeast Asian origin. These piston bellows reached as far as Madagascar prior to European contact. Whether the European fire pistons were influenced by the Southeast Asian fire pistons was a matter of debate. But Balfour (1908) and Fox (1969) have demonstrated convincingly that the European fire pistons were independently discovered via air guns. Fox, however, tries to argue that the Southeast Asian fire pistons were introduced from Europe, but this is rejected as unconvincing by other scholars. The presence of derivative piston bellows technology and the existence of fire pistons even in isolated and widely separated cultures, like the Kachin of northern Burma and the Igorot of highland Luzon, makes it definitely known that Southeast Asian fire pistons existed long before the European versions. Despite the independent invention of European fire pistons, it was the Southeast Asian fire pistons that inspired Rudolf Diesel in his creation of the diesel engine at around 1892, not the European versions (which had largely been replaced by matches by the late 19th century). Diesel was a student of the inventor Carl von Linde. He acquired the idea of the internal combustion engine after he witnessed Linde light a cigarette with a fire piston. This fire piston was acquired by Linde from Southeast Asia during a lecture in Penang.

Еуропа

Батыста алғашқы құбырлы отты поршеньді 1745 жылы Италияның Верона қаласынан Агостино Руффо абат жасады. Ол Португалия королі Жоау V үшін екі пневматикалық мылтық жасап жатқан еді. Руффо мылтықтың ауа сорғышының шығу тесігін ағашпен бітеп сынағанда, сорғыш қысыммен толғаннан кейін ағаш күйіп кеткенін байқады. Кейін ол сорғыштан құйманың тұтанғанын анықтады. Руффо осы құбылысты одан әрі зерттеу үшін құрал жасады, бірақ оның өнертабысы кеңінен танылмады. 1802 жылы алғашқы құбырлы отты поршень ғалымдар алдында таныстырылды және 1807 жылы Англия мен Францияда бірдей патенттелді. Құбырлы отты поршеньдер, немесе сол кездегідей "отты шприцтер" деп аталатын, 19 ғасырдың басында Еуропаның бір бөлігінде қысқа ғана уақытқа танымал болды, бірақ 1826 жылы ойлап табылған тұтану таяқшасымен ығыстырылды. АҚШ-та осы құрал туралы көп жылдар бойы сипаттамалар жарияланып келеді.