Основы теории горения газов и жидкостей, которая стала классической, были заложены в 30-40 г.г. ХХ века, и успехи науки в этой области неразрывно связывают с именами советских учёных-академиков Н.Н.Семёнова и Я.Б.Зельдовича. В их теории был учтён цепной и разветвлённый характер химических реакций и впервые были проведены прямые теоретические вычисления скорости горения смеси газов, то есть химической кинетики.
В данной статье затронута сторона горения, связанная с самовоспламенением, причинами его возникновения и поддержания.
В течение 5-7 лет Н.Н.Семёновым была создана теория самовоспламенения, которая немедленно стала классической, которая, как стали считать, наравне с теорией атома или, скажем, физикой твёрдого тела, образовала новую ветвь в науке ХХ века. Н.Н.Семёнов показал, что самопроизвольное воспламенение горючих веществ бывает только двух типов:
Первый тип: это тепловое воспламенение или тепловой взрыв. Второй тип: это воспламенение Н.Н.Семёнов назвал цепным.
При самовоспламенении выделение "тепла" связано с химической реакцией, пусть даже очень медленной! Такие реакции, связанные с выделением "тепла", называют экзотермическими. Подавляющее большинство реакций, в которых из простых веществ образуются химические соединения - это, как правило, реакции экзотермические. Семёнов и его молодые сотрудники обратили внимание на то, что "тепловому взрыву" всегда предшествует какая-либо экзотермическая реакция. Но, например, в процессе реакции выделяется "тепло" и оно не успевает отводиться на стенки сосуда, в котором происходит реакция, то температура реагирующих веществ - реагентов - увеличивается. Повысившаяся температура, в соответствии с уже известным к тому времени "правилом активации", должна ускорить реакцию, а это, в свою очередь, приведёт к ещё большему выделению "тепла" и нагреву газа. В объёме, в котором находятся реагенты, катастрофически нарастает "тепловая" лавина. Это и есть самопроизвольный взрыв.
Согласно энергетической теории реального газа, "теплота" это кинетическая энергия внутренней пульсации в атоме. А понятие "теплопередача" это импульсная передача кинетической энергии от атома к атому. Когда речь идёт о тепловых процессах, это надо помнить всегда. Тепловые процессы - это краткое определение энергетического процесса передачи кинетической энергии внутренней пульсации от атома к атому.
Цепное самовоспламенение это цепная реакция. Здесь Н.Н.Семёнов всё начинал с эксперимента и наблюдений. Если "тепловому " взрыву всегда предшествовала экзотермическая химическая реакция, которая протекала, пусть с небольшой, но вполне наблюдаемой, измеримой скоростью, то при цепном воспламенении реакция поначалу вообще незаметна. На первый его взгляд всё происходит абсолютно непредсказуемо: чуть-чуть изменяете один из безобидных (!) параметров, например, давление, и вдруг - бах! Возникает вспышка. Как будь-то бы какая-то злонамеренная фея взмахивает невидимой палочкой, и этот сказочный жест катастрофически увеличивает скорость реакции. В отличии от "теплового" взрыва цепное воспламенение может происходить при весьма низких температурах и, практически, без разогрева вещества, как говорят, в изотермических условиях. Это оказалось для них совершенно непонятно.
Говоря о горении, надо прежде всего отталкиваться от того, что Вселенная это энергетический реальный газ, который состоит из энергетических формообразований(ЭФО) - энергетических полей, и что теплота - это кинетическая энергия внутренней пульсации атома.
Атом это энергетическое формообразование (ЭФО), которое является основой реального газа в условиях давлений ЭФО Земля. В основе своей жизнедеятельности АТОМ стремится расшириться, но этому мешают соседние атомы, плотно примыкающие своими энергетическими полями. Более того, при возникающем давлении внешней среды в определённых условиях атомы вынуждены объединяться в молекулы. И вот в этом процессе имеет место очень интересный факт, а именно, что при сжатии атома уменьшается его кинетическая энергия внутренней пульсации, то есть атом охлаждается, а выделяющаяся теплота "передаётся" в окружающую среду.
Например, два атома водорода объединяются в одно законченное формообразование - молекулу водорода, по причине значительного повышения давления "внешней среды". Надо понимать, что в момент нагревания, хотя бы, одного атома газа, то есть увеличения его кинетической энергии внутренней пульсации, а, соответственно, и увеличение мощности его энергетического поля, почему и возникает на какое-то мгновение, повышение давления в зоне контакта его с соседними атомами. Также, надо помнить, что, с другой стороны, реальный газ Вселенной находится в состоянии термодинамического равновесия, а это значит, что каждое ЭФО любого структурного состава газовой среды Вселенной, должно обладать одинаковой величиной кинетической энергии внутренней пульсации, которое наступает в процессе установления термодинамического равновесия, после любых химических преобразований.
Известно, что при образовании молекулы водорода (Н2) выделяется "теплота", равная 184 кДж/моль, то есть это величина уменьшения кинетической энергии внутренней пульсации образовавшейся молекулы водорода, согласно вышесказанного условия. (Уменьшения суммарной величины КЭ двух исходных атомов до реакции соединения). А это значит, что величина КЭ внутренней пульсации одного атома водорода до образования молекулы водорода составляла 184 кДж/моль. Можно записать Н(184) + Н(184) = 2Н(184) + 184кДж , то-есть одно 184 кДж ушло на нагревание окружающего воздуха.
Данный процесс реакции соединения характерен для понимания, как же возникает и поддерживается "горение". Исходным условием было, что молекула водорода образована повышением давления внешней среды, величину которого будем считать критическим. "Выделившаяся теплота" - это процесс импульсной передачи КЭ внутренней пульсации, как бы, одного из атомов примыкающим к нему атомам воздуха. Таким образом, через неторое время в среде опять наступит термодинамическое равновесие. Но нам важно начальное мгновение "тепловыделения", потому, что в это мгновение имеет место повышение давления в примыкающей среде. Если этого мгновенного повышения давления недостаточно для образования новых молекул из примыкающих атомов, процесс "затухает".
Если же при образовании молекулы (каких-либо хим. элементов) выделяется критическая величина "теплоты", то новые молекулы образуются, но замедленно, и этот процесс можно назвать как "тление".
Когда выделение "теплоты" (КЭ) превышает критическую величину для соединения атомов, то в этом случае и будет проходить процесс "горения", то есть непрерывное образование новых молекул. Обычно это происходит при участии кислорода.
При значительном превышении критической величины выделяемой "теплоты" (КЭ) происходит бурный процесс образования новых молекул соединения, который заканчивается взрывом. В принципе, аналогично происходит возникновение разряда-молнии при значительной разнице КЭ соседних зон реального газа, или, соответственно, при большой разнице "потенциалов" (КЭ) на концах проводника.
Всё вышесказанное говорит о том, что когда Н.Н.Семёнов в своих опытах даже незначительно повышал давление среды, поэтому и начинался процесс самовоспламенения, заканчивающийся взрывом.
Свет при горении не выделяется, просто вновь образовавшиеся соединения, при соответствующей температуре в момент горения, обладают частотой и амплитудой пульсации, которую глаз человека воспринимает как "свет". соответствующий определённому диапазону "электромагнитного" излучения.
В жизнедеятельности Вселенной основную роль в процессах новообразований всегда играет давление внешней среды.