При производстве взрывных работ, очевидно, важно, чтобы разложение началось с первого же слоя с возможно большей скоростью, что неосуществимо при возбуждении его с помощью накаленного тела вследствие сравнительно невысокой температуры, получающейся при этом в ближайших к точке воспламенения частях заряда. Но в практике заряды обыкновенно взрываются с помощью запалов (см. это слово), представляющих собой также взрывчатые вещества, взятые в малых количествах и способные от накаленного тела или удара взрываться быстро, с развитием более или менее возвышенной температуры. Очевидно, чем выше будет эта температура и чем значительнее масса запала, тем быстрее и больше по количеству взорвутся первые части заряда и, следовательно, все дальнейшие слои, откуда возможность для одного и того же вещества взрываться с переменной скоростью. Преимущественное значение при производстве взрывных работ имеют запалы с гремучей ртутью, т. к. с ними действительно осуществляется наибыстрейший взрыв каждого вещества, называемый детонацией, в отличие от обыкновенного, возбуждаемого накаленным телом, более медленного взрыва. Ближайшее изучение изменения быстроты взрывов в зависимости от природы запалов показывает, что при детонации играет роль совсем даже не температура, а некоторого другого рода действие взрыва их на заряд.
IV. Детонация взрывчатых веществ. Нобель в 1864 году показал, что если в нитроглицерине, свободно поставленном на открытом воздухе, взорвать небольшое количество гремучей ртути в капсюле, то происходит столь быстрое сгорание его, что местное механическое действие заряда превосходит такое при взрыве его накаленным телом в самой прочной оболочке. Сэр Фридрих Абель в 1868 г., применив те же способы взрывания к пироксилину, исследовал явления этого рода подробнее с целью объяснения самого их механизма. Получены были следующие результаты («An. Chim. et Phys»., 4-e série, t. 21, p 97, 1870 г.) а) Гремучая ртуть в капсюле взрывает сухой прессованный пироксилин на открытом воздухе, подобно нитроглицерину, но не взрывает его в рыхлом состоянии; в последнем случае он разбрасывается в стороны, успевая сгорать только частью, б) Чистая гремучая ртуть производит лучшее действие, чем смеси ее с селитрой или бертолетовой солью в пропорции для полного горения. Количества ее в чистом состоянии, необходимые для взрыва сухого прессованного пироксилина, тем меньше, чем прочнее стенки капсюльной трубочки: в латунном капсюле достаточно взять 0,32 гр., а в бумажном требуется 1 гр. ее, если только в обоих случаях снаряженные капсюли будут вдвинуты плотно в сделанное в прессованной массе отверстие. В случае же свободного вставления капсюлей количество гремучей ртути для верного действия необходимо увеличить до 2 гр. и даже более. в) При помещении в капсюли гремучего серебра получаются приблизительно такие же результаты, как и с гремучей ртутью. Хлористый азот производит детонацию прессованного пироксилина лишь в том случае, когда его взято 3,25 гр. и притом под слоем воды. Ни йодистый азот, ни смеси железисто-синеродистых солей с бертолетовой солью (весьма быстро сгорающие), будучи взяты даже в значительных количествах, не взрывают пироксилина. Нитроглицерин, взорванный гремучей ртутью, хотя и может произвести детонацию пироксилина, но его для этого необходимо взять до 60 гр. г) Не только при непосредственном прикосновении, но и на некотором расстоянии, притом — не только в воздухе, но и при отделении слоем воды или даже твердой перегородкой капсюль с гремучей ртутью производит детонацию пироксилина. Так, если в трубке длиной 2 метра и диаметром 30 мм на одном конце поместить 7 гр. пироксилина, а на другом 14 гр. гремучей ртути, то взрыв одного из этих снарядов вызывает взрыв другого. д) Скорость распространения детонации в пироксилине приблизительно равна скорости распространения звука в твердых телах. Эти определения были сделаны с помощью хронографа Нобеля: от длинного, составленного из шашек пироксилина заряда на равных расстояниях проходили отдельные гальванические цепи к ряду вращающихся дисков, дающие на последних при разрыве ряд соответствующих отметок, по расстоянию которых от образующей дисков и угловой скорости вращения можно было судить о быстроте детонации. Такие определения показали, что когда заряд сплошной, то скорость на всем пути постоянна; она увеличивается с плотностью заряда, напр. при изменении плотности от 1,00 до 1,20 — от 5300 до 6100 метров в 1 секунду («An. Chim. et Phys.», 5-е série, t. 2, р. 187, 1874 г.). е) Не только в сухом состоянии, но и в насыщенном водой пироксилин может быть подвергнут детонации. Тогда на него лучше всего действует сам сухой прессованный пироксилин, взорванный гремучей ртутью: при влажности в 20 % нужно употребить для взрывания 31,2 гр. сухого вещества, а при 30 % (предельной влажности) — около 112 гр.
По мнению Абеля, вся совокупность полученных результатов не могла быть объяснена иначе, как при помощи особой гипотезы синхронических колебаний, сущность которой состоит в следующем: В. вещества при своем взрыве производят колебания, подобные звуковым, и характеризуются числом этих колебаний, т. е. высотой тона взрыва. Если два вещества вызывают одинаковые колебания, то как два камертона или две органные трубы, находящиеся между собой в созвучии, при возбуждении звука в одних из них начинают звучать те и другие, так и взрыв одного из таких веществ возбуждает взрыв другого. Пироксилин как во влажном, так и в сухом состоянии со своими детонаторами, по этой гипотезе, имеет общее свойство возбуждать при взрыве синхронические колебания, а вещества, не взрывающие его, взрываются с другим тоном.
Шампион и Пелле, изучая взрывание йодистого азота — вещества, разлагающегося от незначительного трения, видели подтверждение гипотезы Абеля в следующих полученных ими результатах. Если на струнах контрабаса прикрепить кусочки этого вещества и заставить звучать струны другого такого же контрабаса, находящегося на расстоянии, то происходит взрыв только тех из них, которые подвергались действию звука, соответствующего колебаниям числом более 60 в секунду. Кроме того, они помещали между двумя параболическими зеркалами, находящимися в расстоянии 2,5 метров, на линии фокусов в различных точках капли нитроглицерина или кусочки йодистого азота и в одном из фокусов взрывали большую каплю нитроглицерина; тогда взрывались сами собой и порции, находящиеся в фокусе другого зеркала, но не взрывались находящиеся в других точках. Для устранения отражения тепла поверхности зеркал покрывались сажей.
Однако эти опыты мало прибавляют к опытному подтверждению гипотезы Абеля, ибо они совсем не устанавливают факта необходимости некоторых определенных нот для взрывания и указывают только, что ниже известного предела взрывающее действие колебаний прекращается, что высокие ноты действуют безразлично на всякие малопрочные вещества, в таком же виде явления допускают другое толкование.
После исследований Абеля опыты детонации были распространены не только на другие взрывчатые химические соединения, но и на взрывчатые смеси. При этом найдено было, что, подобно влажному пироксилину, для большинства из них недостаточно употребления одного капсюля с гремучей ртутью, но требуется брать еще посредствующий, вспомогательный (запальный) патрон, иначе называемый детонатором: этот патрон детонируется гремучей ртутью, а сам производит детонацию взятого вещества. Так, Ру и Сарро показали, что для детонации обыкновенного пороха нужно употребить посредствующим веществом нитроглицерин. Фавье и Турпен нашли, что прессованные смеси нитросоединений с азотно-аммиачной солью, пикриновая кислота, плавленая и отвердевшая под давлением, взрываются при употреблении вспомогательных патронов из тех же веществ в порошкообразном состоянии. В практике обыкновенно с этой целью чаще всего пользуются сухим прессованным пироксилином или динамитом, содержащим 75 % нитроглицерина, особенно — если заряды представляют вещества плотные, трудно сжимаемые, обладающие большой теплоемкостью. Так как и пироксилин и нитроглицерин отделяют при своем взрыве гораздо больше тепла, чем равное по весу количество гремучей ртути (см. ниже), то достижение детонации именно с этими посредствующими веществами в случаях, заключающих охлаждающие условия в самих свойствах заряда, указывает, что в этого рода явлениях тепловые причины не остаются без существенного участия. С другой стороны, многие факты доказывают, что большая или меньшая чувствительность к взрыванию зависит от сцепления частиц взрывчатых веществ; так, пироксилин тем труднее взрывается гремучей ртутью, чем слабее он спрессован. Взрывчатая желатина (с незначительной примесью камфары) требует особенно энергичного вспомогательного патрона, состоящего из смеси пироксилина с нитроглицерином; а следовательно, в рассматриваемых явлениях существуют еще чисто механические причины, определяющие количества вещества, на которые распределяется действие детонатора.
По опытам Бертело и Вьейля («An. Chim. et Phys.», 6 Serie, t. VI, p. 556), скорость детонации жидкого нитроглицерина возрастает с температурой от 1050 до 3000 метров в секунду; для динамита же величина ее около 5000 метров; нитроманнит взрывается со скоростью около 7700 метров. В последнее время Бертело вместе с Брюно («Mémoriales des poudres et salpêtres», т. IV, p. 7), беря для исследований азотнокислый метил CH3NO3 в длинных трубках, нашли, что скорость детонации этой жидкости зависит от толщины стенок и материала трубок: в каучуковых трубках внутреннего диаметра 5 мм и внешнего 12 мм она равна 1616 метров; в стеклянных внутреннего диаметра 3 мм при толщине стенок 4,5 мм величина ее 2480 метров, а при толщине 2 мм — только 2190 метров; в стальных же трубках того же внутреннего диаметра и толщины 15 мм — около 2150 м, при этом в то время как стеклянные трубки превращаются в пыль, каучуковые и стальные разрываются на длинные пластинки по направлению их оси. Из этих опытов следует, что хотя порядок наблюдаемых скоростей детонации такой же, как и скоростей распространения звука в жидкостях и твердых телах, но на самом деле те и другие относятся к различным явлениям, так как скорость звука определяется только свойствами среды, а скорость детонации зависит и от других условий. Кроме того, опыты Бертело и Вьейля над взрывчатыми газообразными смесями («Sur la force des matières explosives», t. I, p. 133) показывают более решительно, что скорости распространения в них взрыва при воспламенении гремучей ртутью гораздо больше скоростей распространения в них звука; так, смесь Н2 + О взрывается в этих условиях со скоростью 2800 метров в 1 секунду, тогда как скорость звука в ней лишь 514 метров (при 0°).
Бертело («An. Chim. et Phys.», 5 série, t. XX, p. 265, 1880 г.) притом прямо исследовал действие звуковых колебаний, число которых было от 100 до 7200 в секунду, на тела крайне непрочные или даже находящиеся в состоянии постоянного медленного разложения с выделением тепла, как то: озон, перекись водорода, мышьяковистый водород и др., и нашел, что исследованные вещества при этом остаются без заметного разложения.
При изучении передачи детонации между зарядами, находящимися на расстоянии, уяснилось, что на дальность этой передачи влияют не только природа взятых взрывчатых веществ, но также прочность их оболочки, физические свойства и форма отделяющей их среды, т. е. опять условия, регулирующие чисто механические явления. Через твердые тела взрыв передается легче, чем через воду и воздух. Напр. для динамита (с 55 % нитроглицерина) Памар получил следующие результаты («Mémorial de l’officier du Génie», 1874 г., № 22): а) материал оболочек зарядов оказывает влияние в таком направлении, что с увеличением прочности его дальность передачи увеличивается; б) называя заряд с гремучим капсюлем активным, а заряд без капсюля пассивным, эта дальность зависит только от величины активного заряда; в) на ровной почве (в цинковых коробках) зависимость между величиной активного заряда С (в килограммах) и расстоянием е (в метрах) передачи детонации выражается приближенно формулой е = 0,9С, причем это отношение справедливо только для почвы в Версале и увеличивается вообще с твердостью почвы; г) при подводных взрывах дальность уменьшается, так что, напр., заряд в 3 килограмма вызывает взрыв пассивного заряда только на расстоянии 2 метр.; д) между зарядами, подвешенными в воздухе, передача детонации хотя и имеет место, но чрезвычайно трудно. Через правильные формы сред, напр. через цилиндры, призмы и т. п., детонация передается на гораздо большие расстояния; так, помещая заряды динамита (с 52 % нитроглицерина) на железных рельсах, получается зависимость между е и С, выражаемая формулой: е = 7,0С. Если два динамитных заряда соединить между собой трубкой, то расстояние передачи увеличивается с прочностью материала трубки, ее диаметром (при возрастании до 4 сантим.) и степенью гладкости внутренних стенок.
Явления детонации, по Бертело, во всех отношениях объясняются удовлетворительнее на основании термодинамики. В самом деле, не только сообщение огня, но и удар возбуждает горение В. веществ, притом гораздо более быстрое. Капля нитроглицерина, занимающая на железной подставке 2 кв. мм, взрывается при падении на нее железного груза весом в 4,7 килогр. с высоты 0,25 метра. Пироксилин, хотя и труднее, точно так же взрывается при ударе между твердыми металлическими поверхностями, если он взят в тонком слое. Вообще, при достаточно сильном ударе все В. вещества дают место по крайней мере частному взрыву. Примешивание посторонних инертных тел, как, напр., кремнезема к нитроглицерину, воды к пироксилину, камфары к гремучему студню и т. п., не уничтожает окончательно чувствительности взрывчатых веществ к удару; динамит с небольшим содержанием нитроглицерина, прессованный пироксилин, напитанный водой, будучи не чувствительны к обыкновенным ударам, взрываются при стрельбе бомбами, начиненными этими веществами, в толстые стальные брони вследствие необычайно сильного удара, претерпеваемого передними частями заряда в момент встречи бомб с броней. По термодинамической теории такое действие удара совершенно понятно. Окончательная причина взрыва и здесь заключается в нагревании, но только иначе сообщаемом, чем при действии огня.
Давления, происходящие от удара на поверхность вещества, слишком быстры, чтобы распространиться однообразно по всей массе; уничтожившаяся живая сила ударившегося груза превращается в теплоту, и это превращение будет иметь место главным образом в верхних слоях, подвергшихся удару; отсюда последние, крайне быстро нагреваясь до возвышенной температуры, взорвутся со скоростью, отвечающей этой температуре, и живая сила частичных движений взорвавшихся слоев увеличится на все количество отделившегося тепла. Взрыв первых слоев произведет новый удар, очевидно еще более сильный, на следующие слои; в последних повторится то же самое, что и в предыдущих, и т. д., от слоя к слою, пока через такой цикл явлений механических, тепловых и химических, превращающихся друг в друга с чрезвычайной быстротой, не произойдет полный взрыв взятого вещества или пока не встретятся какие-либо механические, тепловые или химические условия, останавливающие распространение превращений. Прибегая к математическому выражению соотношения между живой силой удара и давлениями на всю ударную поверхность в момент остановки груза, является возможность вывести все частности рассматриваемых явлений. Действительно, это соотношение выражается формулой: pl = mv2/2g, где p — давление, l — путь, пройденный грузом в теле, m — вес груза, v — скорость его, g — ускорение (единицы — килограмм и метр). Если mv2/2g остается постоянным, то при одной и той же ударной поверхности давление будет получаться тем значительнее, чем меньше l, т. е. чем труднее вещество сжимается, и наоборот; а так как работа pl превращается в теплоту, то эта теплота в трудно сжимаемых веществах пойдет на нагревание более тонкого слоя их и потому нагреет его до более возвышенной температуры, чем в легко сжимаемых веществах; оттого слабо спрессованный пироксилин, студенистый динамит и друг. подобные вещества сильнее сопротивляются удару. С другой стороны, при одинаковом приблизительно l давления p увеличиваются с уменьшением ударной поверхности; оттого часто вещества, малочувствительные к удару между широкими твердыми поверхностями, легко взрываются при ударе острыми твердыми предметами, напр. при разрубании замерзших динамитов топором. Анализ той же формулы приводит к объяснению влияния мягкости твердых предметов, между которыми производится удар, так как величина l определяется суммой всех сжатий, происшедших при ударе. Поэтому вещества, не рвущиеся при ударе между деревянными и свинцовыми предметами, рвутся между железными или стальными и т. д. Если ко взрывчатому веществу подмешано постороннее инертное тело, то только часть работы сжатия приходится на долю собственно взрывчатого вещества, вследствие чего температура нагревания его понижается, особенно в присутствии вещества с такой большой теплоемкостью, как вода, и тогда для взрывания нужно применить гораздо больший удар, увеличив mv2/2g.
Совершенно таков же механизм и явлений детонации: гремучая ртуть и вообще детонаторы, почти мгновенно превращаясь в газы, производят более или менее сильный удар на прилегающий заряд, вследствие чего от слоя к слою, переходя в каждом через тройной цикл превращений механических, тепловых и химических, правильно повторяются условия наиболее быстрого и сильного нагревания. Гремучая ртуть в опытах Абеля потому и является наилучшим детонатором, что она, будучи взята в прессованном (до плотности 4,4) состоянии, способна производить самый сильный удар, так как газообразные продукты ее взрыва, мгновенно образующиеся, в первый момент стремятся занять объем, равный объему самой соли, а в таком случае мгновенное давление должно быть необычайно большое. Ни хлористый азот, ни нитроглицерин не могут развить столь громадных давлений вследствие своей меньшей плотности или быстроты взрыва. Роль вспомогательных запальных патронов объясняется теми условиями, которые определяют превращение живой силы в теплоту в большей или меньшей массе первых слоев заряда, подвергшихся удару. Если взяты взрывчатые вещества, трудно сжимаемые и обладающие большой теплоемкостью, то при взрывании их нужно осуществить такие условия, чтобы первые слои в значительной массе подверглись детонации, ибо в случае незначительности этого слоя взрыв его не может произвести достаточно сильного удара на дальнейшие слои вследствие присутствия охлаждающих причин; а для этого необходимо: 1) взять детонатор в увеличенном количестве, 2) такой, который не только развивал бы громадные давления, но и сообщал бы первым слоям большую работу. Это и осуществляют обыкновенные патроны, состоящие из нитроглицерина (динамита) или пироксилина, так как оба эти вещества по сравнению с гремучей ртутью хотя развивают меньшие давления, но на единицу веса производят гораздо большую работу. Однообразие скоростей детонации по всей длине заряда есть результат правильного повторения в данных условиях от слоя к слою одного и того же тройного цикла превращений.
Очевидно, хотя ход явлений подобен распространению звука в средах, но по существу мы встречаем здесь совсем новый род волнообразного движения. По аналогии со звуковыми волнами эти новые волны Бертело называет взрывными. В то время, как первые представляют правильные повторения только механических сжатий и разрежений среды по закону сохранения энергии, последние суть правильные повторения от слоя к слою тройного цикла явлений, переходящих друг в друга, — сжатия, нагревания и взрыва.
Для более точной характеристики нового рода волнообразного движения и в то же время для проведения границы между детонацией В. веществ и обыкновенным горением их от накаленного тела могут служить результаты, полученные Бертело и Вьейлем («Sur la force des matières explosives», t. I, p. 133) со взрывчатыми газообразными смесями. Если такие смеси поместить в длинные (каучук., металлич.) трубки, то при воспламенении их с одного конца с помощью очень малого количества гремучей ртути хронограф, соединенный с различными частями системы, показывает, что скорость возбуждаемой взрывной волны по всему пути однообразна и зависит только от природы газовой смеси, напр. она равна 2800 метрам для Н2 + O, 1100 метрам для СО + О; материал трубок не оказывает влияния; лишь иногда в начале и в конце трубки замечается менее быстрое горение.
Причина постоянства скоростей и зависимости их лишь от состава смеси понимается из того сближения, что эти скорости оказываются почти равны скоростям движения соответственных газообразных частиц при тех температурах, которые развиваются взрывом их (см. Кинетическая теория газов), так как, напр., для системы Н2 + О эта скорость вычисляется около 2830 метров в секунду; если же действительно существует такое соотношение, то взрывные волны, очевидно, не могут передвигаться быстрее, чем сами частицы. Но можно себе представить, что какой-либо слой газовой смеси вследствие случайного охлаждения предыдущего слоя претерпит менее сильный удар; тогда в нем произойдет меньшее нагревание и в связи с последним более медленное горение; необходимо то же повторится затем в дальнейших слоях, и в результате скорость волнообразного движения получится для той же смеси меньше. Вследствие влияния охлаждающих причин удар может ослабиться настолько, что последующий слой получит работу, недостаточную для воспламенения; тогда пойдет обыкновенное горение, как от накаленного тела, распространяющееся вследствие простого обмена теплоты между сгоревшими и несгоревшими частями, и скорости еще более понизятся, достигая таких величин, которые наблюдаются при вытекании смесей из тонких отверстий, когда, напр., смесь H2 + О, по опытам Бунзена, сгорает со скоростью 34 метр. в сек. Точно так же можно себе представить, что при медленном горении на счет отделяющегося тепла получится в одном из дальнейших слоев столь сильное повышение температуры, что он взорвется со значительно большей скоростью; тогда, предположив, что удар на следующий слой будет достаточен для его воспламенения, начнется взрывная волна. Этот случай чаще всего имеет место в практике при воспламенении взрывчатых газовых смесей в запертых сосудах. Вышеуказанные меньшие скорости взрывной волны в начале и конце пути представляют не что иное, как постепенные переходы — то к предельной наибольшей величине ее вследствие усиления нагревания, то к более медленному распространению процесса вследствие охлаждения. Очевидно, и при распространении горения через посредство взрывной волны одна и та же система может взрываться с различной скоростью, подобно тому как при распространении его через простой обмен тепла между сгоревшими и несгоревшими слоями.
Распространяя этот вывод и на обыкновенные твердые и жидкие В. вещества, должно заключить, что вне прочных оболочек и при малом количестве В. вещества явление обусловливается энергией первоначального импульса, производимого запалом: чем сильнее удар, производимый в точке воспламенения, тем быстрее совершится горение. Но все разнообразные скорости горения будут заключены между двумя крайними пределами, из которых высший есть детонация, соответствующая в данных условиях наибольшей и однообразной скорости взрывной волны, т. е. максимальному нагреванию слоев и максимальным скоростям самих реакций, а низший — прогрессивное горение, соответствующее условиям, когда охлаждающие причины понижают нагревание каждого слоя до самой низкой температуры, допускающей распространение реакций. Переход прогрессивного горения в детонацию совершается тем легче, чем далее по своей природе взятое вещество отстоит от медленных взрывчатых веществ и чем более приближается к крайне быстрым. Отличие взрыва твердых веществ от взрыва газов заключается только в том, что на скорость распространения взрывной волны здесь оказывают влияние, кроме натуры В. вещества, еще структура его (рыхлая, сплошная или порошкообразная кристаллическая масса) и мгновенное, отличающееся от статического, сопротивление оболочек разрыву. По Бертело, это так и должно быть. В самом деле, обыкновенные взрывчатые вещества чаще всего занимают меньший объем, чем тот предельный, до которого могли бы быть сжаты газообразные продукты горения (СО2, СО, Н2О, N2, H2, O2), когда частицы их, сближенные до прикосновения, уподобились бы частицам жидкой, почти несжимаемой воды. Основанием для такого заключения служит изучение удельного веса этих газов в жидком состоянии при очень низких температурах; этот уд. вес можно принять приблизительно равным единице, между тем как удельные веса твердых В. веществ обыкновенно больше этой величины. Отсюда при взрывах веществ в собственном объеме должны получаться давления выше всякой величины, доступной измерению в наших опытах. С другой стороны, теория упругости материалов показывает, что сопротивление трубок, увеличиваясь с толщиной стенок, стремится к некоторому определенному пределу, переходя который, трубки разрываются, какова бы ни была их толщина; следовательно, при взрыве твердых и жидких веществ в собственном объеме всякая оболочка необходимо должна разорваться прежде, чем произойдет детонация всего заряда, и это непременно случится в известный момент, определяемый мгновенным сопротивлением стенок. Очевидно, чем ближе к предельной величине мгновенное сопротивление, тем до большей величины успеют возрасти давления каждого взрывчатого слоя, а с ними — удар на соседние слои, температура последних и скорость детонации. Если трубка однородна, вещество наполняет ее однообразно и обладает такой структурой, что давления и реакции могут правильно распространяться от слоя к слою, то по мере того, как распространяющееся давление будет достигать известной величины, правильно будет разрываться и сама трубка от слоя к слою, так что установится некоторая специальная однообразная скорость детонации, определяемая данными условиями. Зависимость скоростей от структуры самих взрывчатых веществ есть результат того же рода соотношений, так как предельная величина давлений во взрывающих слоях определяется также мгновенным сопротивлением и их самих.
Не менее удовлетворительным с точки зрения теории взрывной волны является и объяснение передачи взрывов между зарядами, находящимися на расстоянии. Активный заряд возбуждает в окружающей среде обыкновенную механическую волну, отличающуюся от звуковой только огромным своим напряжением. При встрече с пассивным зарядом она производит сильный удар, возбуждающий в этом заряде взрывную волну. В телах правильной формы — призмах и цилиндрах, в которых при распространении по длине поверхность волны можно принять плоской, передача энергии благодаря равенству поперечных сечений происходит с малой потерей (только на посторонние работы), между тем как в телах, занимающих неопределенно большое протяжение, вследствие образования шаровых волн с увеличивающимися поверхностями по мере удаления от точки распространения энергия на единице поверхности их убывает обратно пропорционально квадратам расстояний, т. е. передача взрывов через цилиндры и призмы должна происходить на большие расстояния, чем в неопределенно протяженных средах, как это и показывают опыты. Тела твердые сравнительно с жидкостями и газами потому и передают лучше взрывы, что в них скорость распространения волнообразного движения вообще больше.
Перейдем теперь к рассмотрению дальнейших свойств В. веществ, как то: объема газов при взрыве, количества отделяющегося тепла, температуры газов, давления их и работы.
V. Объем постоянных газов (при нормальных условиях, т. е. при 760 мм давления и 0°), происходящих при взрыве, измеряется для какого-либо В. вещества попутно при изучении его разложения, переводя газы в ртутный газометр (см. рис. 3). Но рядом с постоянными газами при возвышенной температуре, развиваемой взрывом, образуются вода, ртуть и другие летучие продукты, которых объем также важно знать с точностью. Для общего объема продуктов, принимающих газообразное состояние, можно пользоваться следующим приемом расчета, дающим для постоянных газов совершенно согласные с опытом результаты. По закону Авогадро-Жерара, граммовые частицы всяких тел, сложных и простых, в газообразном состоянии при одинаковых условиях занимают равные объемы, а именно: (22,32/273)(273 + t) литров, т. е. при некоторой высокой температуре таков будет объем 2 гр. Н2, 32 гр. О2, 28 гр. СО, 44 гр. CO2, 28 гр. N2, 18 гр. H2O, 200 гр. Hg и т. д., независимо от их физического состояния, при обыкновенной температуре. Так как общий объем паров и газов важно знать собственно для давлений, то фиктивно в вычислениях можно принять, что и при 0° они все занимали бы одинаковый объем, равный 22,32 литрам, если бы не переменили своего состояния. Поэтому если граммовая частица взрывчатого вещества есть А и оно разлагается по уравнению:
A = n1ω1 + n2ω2 + n3ω3…,
где ω1, ω2, ω3… суть частичные веса продуктов разложения, а n1, n2, n3… количества частиц, то объем VA газов, развиваемых А гр. вещества при нормальных условиях, выразится через: va = 22, 32(n1 + n2 + n3… ) литров.
Принято обыкновенно относить результат V0 к 1 килограмму вещества. Если в формулу вставим n1, n2, n3…, относящиеся только к постоянным газам, то получится объем, допускающий опытную поверку. Следовательно, уравнение разложения прямо дает искомый объем газов. Так, для нитроглицерина вычисляется при воде жидкой V0 = 467 литров, при воде газообразной V0 = 713 литр., непосредственное же измерение (Сарро и Вьейль) дает 467 литров. Следующая таблица содержит V0, считая воду и другие подобные тела в газообразном состоянии, для важнейших В. веществ:
| Название вещества | V0 |
|---|---|
| Обыкнов. артил. порох[2] | 300,9 |
| Сухой пироксилин | 859 |
| Нитроглицерин | 713 |
| Гремучая ртуть | 314 |
| Панкластит 3NO2 + CS2 | 469 |
| Гельгофит 4HNO3 + С6Н4(NO2)2 | 690 |
| Беллит 10NH4NO3 + С6H4(NO2)2 | 899 |
Очевидно, кроме способности вполне превращаться в газы, на объем их оказывают влияние: 1) вес атомов элементов, входящих в состав, что само собой понятно при расчете на весовую единицу; 2) большая или меньшая полнота сгорания, так как наибольшие объемы получаются не при полном сгорании С в СО2 и Н2 в Н2О, а при неполном (когда С превратился бы в СО, а водород остался бы свободным) вследствие сжатия при образовании СО2 и H2O из СО + О и Н2 + О.
VI. Теплота разложения. Количество тепла, отделяющегося при взрыве, может быть измерено непосредственно с помощью обыкновенных калориметрических приемов (см. Калориметрия). При этом нужно соблюсти только следующие определяющие наибольшую точность измерений условия: 1) разложение вещества в калориметрической бомбе необходимо производить в атмосфере инертного газа, например азота, ибо в противном случае кислород остающегося в ней воздуха будет участвовать в горении и через это окажет влияние на результат, тем большее, чем меньше кислорода содержится в самом веществе и чем меньше взят заряд; 2) стенки бомбы должны быть сделаны из металлов, не способных к окислению. Калориметрическая бомба в наиболее выработанном виде, предложенная Бертело, состоит из следующих частей (см. рис. 5).