Чи можна замінити порох бензином?
Прихованої енергією володіє не тільки порох: і дрова, і кам'яне вугілля, і гас, і бензин теж мають енергію, яка може бути використана при їх згоранні.
Так чому б не використати для пострілу інше пальне, наприклад бензин? При горінні бензин, теж звертається в гази. Чому б не помістити над знаряддям бак з бензином і не підводити його по трубці в стовбур? Тоді потрібно буде при заряджанні вкладати тільки снаряд, а «заряд» сам потече в стовбур, Тільки відкрити кран!
Це було б дуже зручно.
Та й якості бензину як палива начебто вище якостей пороху: якщо спалити один кілограм бензину, виділиться 10 000 великих калорій, а один кілограм пороху дасть при згорянні лише 665-910 калорій, тобто раз в 11-16 менше, ніж бензин. Це означає, що кілограм бензину дає стільки тепла, що їм можна було б нагріти на один градус 10 000 літрів води, а кілограм пороху нагріє всього лише 665-910 літрів води.
Чому ж не "стріляють бензином»?
Для того щоб відповісти на це питання, потрібно подивитися, як горить бензин і як горить порох.
На відкритому повітрі і бензин, і порох горять не дуже повільно, але і не дуже швидко. Вони горять, але не вибухають. Тут особливої різниці між бензином і порохом немає.
Але зовсім по-різному будуть вести себе бензин і порох, якщо їх помістити в замкнутому, закритому з усіх боків просторі, позбавленому припливу повітря, наприклад, в стволі гармати. Бензин в цьому випадку горіти не буде: для його горіння потрібен приплив повітря, приплив кисню.
Порох ж в закритому просторі згорить дуже швидко: він вибухне і звернеться в гази.
Горіння пороху в закритому просторі - явище дуже складне, своєрідне, зовсім не схоже на звичайне горіння. У науці подібні явища називають «вибуховою розкладанням» або «вибуховою перетворенням», лише умовно зберігаючи за ним більш звичну назву «горіння».
Чому ж порох горить і навіть вибухає без доступу повітря?
Тому що в самому поросі міститься кисень, за рахунок якого і відбувається горіння.
У замкнутому просторі порох згоряє надзвичайно швидко, газів виділяється дуже багато, і температура їх дуже висока. У цьому сутність вибуху; в цьому відмінність вибуху від звичайного горіння.
Отже, щоб отримати вибух, потрібно запалити порох неодмінно в замкнутому просторі. Полум'я тоді дуже швидко, майже миттєво, пошириться по поверхні пороху, - станеться його займання. А потім порох згорить і перетвориться в гази.
Так протікає вибух. Він можливий тільки при наявності кисню в самому вибуховій речовині.
У цьому саме і полягає особливість пороху і майже всіх інших вибухових речовин: в них самих є кисень, і вони не потребують припливу кисню ззовні.
Візьмемо хоча б порох, що застосовується з незапам'ятних часів: димний, чорний порох. У ньому змішані вугілля, селітра і сірка. Пальним тут є вугілля. У селітрі міститься кисень. А сірка введена для того, щоб порох легше спалахнуло; крім того, сірка служить скріплює речовиною, вона з'єднує вугілля з селітрою. Під час вибуху цей порох далеко не весь звертається в гази. Велика частина згорілого пороху, у вигляді дрібних твердих частинок, осідає на стінках каналу ствола (нагар) і у вигляді диму викидається в повітря. Тому такий порох і називається димним.
В сучасних гарматах застосовується зазвичай бездимний, піроксиліновий порох. Його виготовляють з сильного вибухової речовини - піроксиліну, обробленого сумішшю спирту і ефіру. А піроксилін, в свою чергу, отримують з бавовни, обробленого сумішшю азотної та сірчаної кислот.
У піроксилінового поросі, так само як і в димному, міститься кисень. Цей кисень виділяється при вибуховому перетворенні, і за його рахунок відбувається згорання пороху.
Піроксиліновий порох при горінні весь перетворюється в гази, не дає диму.
Отже, порох порівнювати з бензином можна: в поросі є все, що потрібно для його горіння, а в бензині немає кисню.
Тому, коли потрібно добитися швидкого згоряння бензину в закритому просторі, наприклад в циліндрі автомобільного мотора, нам доводиться влаштовувати спеціальні складні пристосування, для того щоб попередньо змішати бензин з повітрям-приготувати горючу суміш.
Мал. 16. При горінні пороху утворюється набагато більше газів, ніж при горінні бензину
Порох у цьому відношенні набагато зручніше.
Але справа не тільки в зручності.
Ми вже сказали, що один кілограм бензину дає 10 000 великих калорій, тепла. Але, виявляється, для згоряння кожного кілограма бензину потрібно до нього приєднати 15,5 кілограма повітря. Значить, 10 000 калорій доводиться не на один кілограм, а на 16,5 кілограмів горючої суміші. Один же її кілограм виділить при горінні всього близько 610 калорій. Це вже менше, ніж дає один кілограм піроксилінового пороху.
Як бачимо, суміш бензину з повітрям поступається пороху і в калорійності.
Однак головне все ж не в цьому. Головне в тому, що під час вибуху пороху утворюється дуже багато газів. Кількість газів, що утворюються при згорянні одного літра димного і піроксилінового пороху, показано на малюнку 16.
Обсяг цей гази зайняли б при охолодженні їх до нуля градусів і при тиску в одну атмосферу, тобто при нормальному тиску. Якщо ж взяти обсяг порохових газів при температурі вибуху, то він буде ще в багато разів більше.
З малюнка 16 видно, що піроксиліновий порох виділяє, газів в чотири з гаком рази більше, ніж димний, чорний порох. Тому піроксиліновий порох і сильніше димного.
Але і цим не вичерпуються переваги пороху перед звичайними горючими. Велике значення має ще швидкість перетворення пороху в гази.
Вибух порохового заряду при пострілі триває всього кілька тисячних часток секунди. Бензинова суміш в циліндрі двигуна горить раз в десять повільніше.
Пороховий заряд 76-міліметрової гармати цілком перетворюється в гази менше ніж за 6 тисячних (0006) секунди.
Такий малий проміжок часу навіть важко собі уявити. Адже «мить» - миготіння століття людського ока - триває близько третини секунди.
На вибух порохового заряду йде в п'ятдесят разів менше часу.
Вибух заряду бездимного пороху створює в стволі гармати величезний тиск: до 3 500-4 000 атмосфер, тобто 3 500-4 000 кілограмів на кожен квадратний сантиметр.
Високий тиск порохових газів і дуже малий час вибухового перетворення і створюють величезну потужність при пострілі. Такої потужності в тих же умовах не створює жодне з інших горючих.