Explosión - Explosion

Detonación de 16 toneladas de explosivos.
Explosiones de gasolina , simulando caídas de bombas en un espectáculo aéreo .

Una explosión es una expansión rápida de volumen asociada con una liberación de energía hacia el exterior extremadamente vigorosa , generalmente con la generación de altas temperaturas y la liberación de gases a alta presión . Las explosiones supersónicas creadas por explosivos de alta potencia se conocen como detonaciones y viajan a través de ondas de choque . Las explosiones subsónicas son creadas por explosivos bajos a través de un proceso de combustión más lento conocido como deflagración .

Causas

Las explosiones pueden ocurrir en la naturaleza debido a una gran afluencia de energía. La mayoría de las explosiones naturales surgen de procesos volcánicos o estelares de diversos tipos. [Las erupciones volcánicas explosivas ocurren cuando el magma se eleva desde abajo, tiene gas muy disuelto. La reducción de la presión a medida que aumenta el magma y hace que el gas salga de la solución, lo que resulta en un rápido aumento de volumen.] Las explosiones también ocurren como resultado de eventos de impacto y en fenómenos como explosiones hidrotermales (también debido a procesos volcánicos) . Las explosiones también pueden ocurrir fuera de la Tierra en el universo en eventos como supernovas . Las explosiones ocurren con frecuencia durante los incendios forestales en los bosques de eucaliptos , donde los aceites volátiles en las copas de los árboles se queman repentinamente.

Astronómico

La nebulosa alrededor de la estrella WR124 Wolf-Rayet , que se encuentra a una distancia de unos 21.000 años luz

Entre las explosiones más grandes conocidas en el universo se encuentran las supernovas , que ocurren después del final de la vida de algunos tipos de estrellas . Las erupciones solares son un ejemplo de una explosión común, mucho menos energética, en el Sol, y presumiblemente también en la mayoría de las otras estrellas. La fuente de energía para la actividad de las erupciones solares proviene del enredo de las líneas del campo magnético resultante de la rotación del plasma conductor del Sol. Otro tipo de gran explosión astronómica ocurre cuando un meteoroide muy grande o un asteroide impacta la superficie de otro objeto, como un planeta.

Las fusiones de agujeros negros , que probablemente involucran sistemas binarios de agujeros negros , son capaces de irradiar muchas masas solares de energía al universo en una fracción de segundo, en forma de onda gravitacional . Este es capaz de transmitir energía ordinaria y fuerzas destructivas a los objetos cercanos, pero en la inmensidad del espacio, los objetos cercanos suelen ser raros. La onda gravitacional observada el 21 de mayo de 2019, conocida como GW190521 , produjo una señal de fusión de aproximadamente 100 ms de duración, tiempo durante el cual se estima que ha irradiado 9 masas solares en forma de energía gravitacional.

Químico

Los explosivos artificiales más comunes son los explosivos químicos, que generalmente involucran una reacción de oxidación rápida y violenta que produce grandes cantidades de gas caliente. La pólvora fue el primer explosivo que se inventó y se puso en uso. Otros desarrollos tempranos notables en la tecnología de explosivos químicos fueron el desarrollo de la nitrocelulosa por Frederick Augustus Abel en 1865 y la invención de la dinamita por Alfred Nobel en 1866. Las explosiones químicas (tanto intencionales como accidentales) a menudo se inician por una chispa eléctrica o una llama en presencia de oxígeno. . Pueden ocurrir explosiones accidentales en tanques de combustible, motores de cohetes, etc.

Eléctrico y magnético

Un condensador que ha explotado

Una falla eléctrica de alta corriente puede crear una "explosión eléctrica" ​​al formar un arco eléctrico de alta energía que vaporiza rápidamente el metal y el material de aislamiento. Este peligro de arco eléctrico es un peligro para las personas que trabajan en equipos de distribución energizados . Además, una presión magnética excesiva dentro de un electroimán ultrafuerte puede provocar una explosión magnética .

Mecánica y de vapor

Estrictamente un proceso físico, en contraposición al químico o nuclear, por ejemplo, el estallido de un recipiente sellado o parcialmente sellado bajo presión interna se denomina a menudo explosión. Los ejemplos incluyen una caldera sobrecalentada o una simple lata de frijoles arrojados al fuego.

Las explosiones de vapor en expansión de líquido en ebullición son un tipo de explosión mecánica que puede ocurrir cuando se rompe un recipiente que contiene un líquido presurizado, lo que provoca un rápido aumento de volumen a medida que el líquido se evapora. Tenga en cuenta que el contenido del recipiente puede causar una explosión química posterior, cuyos efectos pueden ser dramáticamente más graves, como un tanque de propano en medio de un incendio. En tal caso, a los efectos de la explosión mecánica cuando falla el tanque se suman los efectos de la explosión resultante del propano liberado (inicialmente líquido y luego casi instantáneamente gaseoso) en presencia de una fuente de ignición. Por esta razón, los trabajadores de emergencia a menudo diferencian entre los dos eventos.

Nuclear

Además de las explosiones nucleares estelares , un arma nuclear es un tipo de arma explosiva que deriva su fuerza destructiva de la fisión nuclear o de una combinación de fisión y fusión. Como resultado, incluso un arma nuclear con un pequeño rendimiento es significativamente más poderosa que los explosivos convencionales más grandes disponibles, con una sola arma capaz de destruir por completo una ciudad entera.

Propiedades

Fuerza

La fuerza explosiva se libera en una dirección perpendicular a la superficie del explosivo. Si una granada está en el aire durante la explosión, la dirección de la explosión será de 360 ​​°. Por el contrario, en una carga perfilada las fuerzas explosivas se concentran para producir una explosión local mayor; Los militares suelen utilizar cargas con forma para abrir brechas en puertas o paredes.

Velocidad

La velocidad de la reacción es lo que distingue una reacción explosiva de una reacción de combustión ordinaria. A menos que la reacción se produzca muy rápidamente, los gases que se expanden térmicamente se disiparán moderadamente en el medio, sin grandes diferencias de presión y sin explosión. Cuando un fuego de leña arde en una chimenea, por ejemplo, ciertamente existe la evolución de calor y la formación de gases, pero ninguno se libera lo suficientemente rápido como para acumular una diferencia de presión sustancial repentina y luego causar una explosión. Esto se puede comparar con la diferencia entre la descarga de energía de una batería , que es lenta, y la de un condensador de flash como el de un flash de cámara , que libera toda su energía a la vez.

Evolución del calor

La generación de calor en grandes cantidades acompaña a la mayoría de las reacciones químicas explosivas. Las excepciones se denominan explosivos entrópicos e incluyen peróxidos orgánicos como el peróxido de acetona . Es la rápida liberación de calor lo que hace que los productos gaseosos de la mayoría de las reacciones explosivas se expandan y generen altas presiones . Esta rápida generación de altas presiones del gas liberado constituye la explosión. La liberación de calor con una rapidez insuficiente no provocará una explosión. Por ejemplo, aunque una unidad de masa de carbón produce cinco veces más calor que una unidad de masa de nitroglicerina , el carbón no se puede utilizar como explosivo (excepto en forma de polvo de carbón ) porque la velocidad a la que produce este calor es bastante lento. De hecho, una sustancia que se quema con menos rapidez ( es decir, combustión lenta ) en realidad puede desarrollar más calor total que un explosivo que detona rápidamente ( es decir, combustión rápida ). En el primero, la combustión lenta convierte más de la energía interna ( es decir, el potencial químico ) de la sustancia en combustión en calor liberado al entorno, mientras que en el segundo, la combustión rápida ( es decir, la detonación ) en cambio convierte más energía interna en trabajo en el entorno ( es decir, menos energía interna convertida en calor); cf calor y trabajo (termodinámica) son formas equivalentes de energía. Consulte Calor de combustión para un tratamiento más completo de este tema.

Cuando un compuesto químico se forma a partir de sus componentes, el calor puede absorberse o liberarse. La cantidad de calor absorbida o emitida durante la transformación se denomina calor de formación . Los calores de las formaciones de sólidos y gases que se encuentran en reacciones explosivas se han determinado para una temperatura de 25 ° C y presión atmosférica, y normalmente se expresan en unidades de kilojulios por gramo-molécula. Un valor positivo indica que se absorbe calor durante la formación del compuesto a partir de sus elementos; tal reacción se llama reacción endotérmica. En la tecnología de explosivos sólo son de interés los materiales exotérmicos , que tienen una liberación neta de calor y un calor de formación negativo. El calor de reacción se mide en condiciones de presión constante o volumen constante. Es este calor de reacción el que puede expresarse correctamente como "calor de explosión".

Inicio de la reacción

Un explosivo químico es un compuesto o mezcla que, tras la aplicación de calor o choque, se descompone o reordena con extrema rapidez, produciendo mucho gas y calor. Muchas sustancias que normalmente no se clasifican como explosivos pueden hacer una, o incluso dos, de estas cosas.

Una reacción debe poder iniciarse mediante la aplicación de choque, calor o un catalizador (en el caso de algunas reacciones químicas explosivas) a una pequeña porción de la masa del material explosivo. Un material en el que existen los tres primeros factores no puede aceptarse como explosivo a menos que se pueda hacer que la reacción se produzca cuando sea necesario.

Fragmentación

La fragmentación es la acumulación y proyección de partículas como resultado de la detonación de un alto explosivo. Los fragmentos pueden originarse en: partes de una estructura (como vidrio , trozos de material estructural o material para techos ), estratos revelados y / o varias características geológicas a nivel de la superficie (como rocas sueltas , suelo o arena ), la carcasa que rodea el explosivo y / o cualquier otro artículo suelto que no haya sido vaporizado por la onda de choque de la explosión. Los fragmentos de alta velocidad y bajo ángulo pueden viajar cientos de metros con suficiente energía para iniciar otros elementos altamente explosivos circundantes, herir o matar al personal y / o dañar vehículos o estructuras.

Ejemplos notables

Químico

Nuclear

Volcánico

Estelar

Etimología

El latín clásico explōdō significa " sacar a un actor malo del escenario", "sacar a un actor del escenario haciendo ruido", de ex- ("fuera") + plaudō ("aplaudir; aplaudir"). El significado moderno se desarrolló más tarde:

  • Latín clásico: "sacar a un actor del escenario haciendo ruido", por lo tanto, significa "expulsar" o "rechazar".

En inglés:

  • Alrededor de 1538: "expulsar o alejar aplaudiendo" (originalmente teatral)
  • Hacia 1660: "expulsar con violencia y ruido repentino"
  • Alrededor de 1790: "estallar con un ruido fuerte"
  • Alrededor de 1882: primer uso como "estallar con fuerza destructiva"

Ver también

Referencias