«Простые пропущенные» технологии и взгляд незнайки-скептика

В обсуждении заводов 19 века была дана ссылка на рассказы о применении «пропущенных» технологий.

https://author.today/post/453005?c=23420827&th=23420827

Там ссылки на собственно рассказы. 

Это смелое решение, конечно. И я задался вопросом – если эти технологии такие крутые, почему ж они не используются? Не все можно объяснить лоббированием существующих технологий. И можно ли реализовать их, используя технологии 19 века?

Магний-водяные пушки.

Найти сколько-нибудь правдоподобные описания магний-водяных пушек оказалось крайне непросто. Лоббисты огнестрела на порохе вовсю стараются, скрывая истину почти так же хорошо, как ученые скрывают правду о плоской земле.

Итак, что удалось найти.

Основная идея: берем магниевую проволоку, помещаем ее в воду, нагреваем до 600 градусов, что инициирует «горение магния в воде». В результате реакции магний замещает водород в воде, образуя оксид магния и водород. Водород нагревается, поскольку реакция экзотермическая и выталкивает снаряд.

В теории все выглядит круто. Но есть некоторые но, вызывающие у меня сомнения.

Итак, озвучу:

Скорость реакции магния с водой. Честно скажу – я не знаю. С какой скоростью она происходит. Просто магний с горячей водой, с выделением водорода и нагревом воды – да, видел. Но это очень медленно.

Попытку тушения магния, горящего в воздухе водой тоже видел, но там механика совершенно иная: испарение воды, часть пара реагирует с магнием с выделением водорода, который начинает охереть как активно гореть при контакте с кислородом воздуха в присутствии источника зажигания. Резкое повышение давления в зоне горения, взвихрение частиц магния (если у нас конечно не подожгли брусок, что не так просто), увеличение площади горения, больше водорода от реакции магния с парами воды, больше веселья. Йуухухххууу!

В принципе, похожую картину можно увидеть плеснув водой на любую поверхность с температурой выше 1700 градусов цельсия, вода разлагается на водород и кислород и врывается повторно (см. так е «гремучий газ». Тушение горящего масла с последующей вспышкой – это другое. Там просто вода вскипает, масло разбрызгивается, поверхность горения возрастает многократно и.. весело-весело встретим новый год. Ну еще весело, когда вода кипит ПОД слоем масла или ГЖ, не растворяющегося в воде. Это пожарная боль, ее мы сейчас не ковыряем.

Но, предположим, что у нас реакция магния с водой пойдет быстро и весело. Чуть позже мы определим время, за которое это должно случиться.

Что нам пишут:

С холодной водой магний не реагирует, при взаимодействии магния с кипящей водой выделяется водород и образуется гидроксид Mg(OH)2. Если горящий магний внести в воду, горение продолжается. При этом образуется MgO и выделяется водород, который тут же воспламеняется. Горение магния продолжается в атмосфере диоксида углерода, в результате образуются MgO и сажа.

То есть для того, чтобы инициировать реакцию, нужно горящий магний поместить в воду. Или как-то поджечь его в воде?

Дальше я попробую посчитать, а вы можете меня поправить (и обоснованно подвергнуть остракизму на любой стадии прикидочного расчета, поскольку сейчас я суюсь не на свою территорию, так сказать)

Для того, чтобы разогнать снаряд весом в 1 кг до скорости 1 км/с нам потребуется сообщить ему энергию в 1 мжд. Предположив (для предельной простоты), что движение будет равноускоренным, а ствол имеет длину 5 метров (для упрощения расчетов), ускорение должно быть 100 000 м/с. Время выстрела, соответственно, 0.01 с. В принципе, похоже на правду.

Теперь мы знаем, что сила, действующая на снаряд, должна быть не менее 100 000 ньютонов.

Исходя из этого можно определить среднее давление. Учитывая, что в источнике говорилось о 45 мм пушке, мы знаем площадь донца снаряда. Примерно 16 см2 или 0.0016 м2. Сила нам известна.

Среднее давление должно быть не менее 63 мПа. Или 640 атмосфер.

Объем 1 м ствола – 1.6 л.

Соответственно, при нормальных условиях в него должно попасть 5140 л газа. Если греем до температуры 1000 градусов, то 1200 л. Если до 2400с, то 728 л.

728 литров водорода при нормальных условиях – это 32 моля. Мы получим в результате реакции

Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2. (+75 ккал)

32 молей водорода.

Соответственно, нам нужны 32 моля магния и 64 моля воды. 24*32=768 г. (магний)+18*62=1116г (вода).

Но! Греть мы можем и пар, то есть если вода в избытке, то испарив ее, мы получаем дополнительный газ для выталкивания снаряда и все становится интереснее. Нужно лишь нагреть. И вот тут на помощь приходят выделяющиеся в результате реакции килокалории. 75 ккал – это примерно 314 кдж, то есть по теплу у нас реакция одного моля магния с двумя молями воды эквивалентна сгоранию 100 г пороха среднего качества. То есть (максимально упрощая, не учитывая ни нагрев стенок ствола, ни теплоту парообразования, ни трение снаряда о стенки ствола) нам надо чуть больше 3 молей магния, чуть больше 6 молей воды на реакцию и еще вода на испарение. Напомню, что нам надо 32 моля условного газа. То есть 3 моля водорода у нас есть, надо еще 30-ку молей воды. Йууху, все лучше и лучше. Правда это кладет огромный болт на идею легкогазовой пушки…

Итого: 75 граммов магния и 600 мл воды. Это, напомню, сделав предположение, что КПД у нас 100%, а так не бывает. Если принять оптимистичные 50%, то 150 г магния, 1.2 литра воды.

Пороха бы понадобилось примерно 300 г.

Теперь нам все ж таки надо этот магний поджечь. Предположим, что заряд сделан в виде проволоки, которая размещена в воде. Если ее нагревают электричеством (до 600 градусов, чего по утверждению автора оружия достаточно для запуска быстрой реакции), то потребуется довольно мощный источник электроэнергии. Индийские мальчики в шелковых трусах, ползающие по эбонитовой палочке и ручная динамо-машинка не годятся, не дадут нужной силы тока. По утверждениям автора же в описываемом им эксперименте использовалась батарея весом в пол тонны. Если ее нет и предполагается конец проволоки выставить наружу, а потом поджечь, то начинается новый виток веселья.

Скорость горения магния не особо то велика, поэтому нагреть весь объем воды за 0.01 с (время выстрела) будет крайне затруднительно. Дальше возникнет проблема с прохождением огня через затравочное отверстие – для горения магнию нужен кислород воздуха, а в тонком затравочном отверстии его будет поступать… Крайне мало. Скорость горения снизится, не факт, что поступающего воздуха хватит для поддержания реакции горения с учетом того, что стенки затравочного отверстия будут охлаждать горящую проволоку. Голословно утверждать, что погаснет, не буду, но некоторый риск есть – тут придется подолбаться с диаметром проволоки. Или делать огнепроводящий шнур из магния с окислителем.

Следующий элемент веселья – огонь таки прошел в камору, где магниевая проволока изволит медленно гореть, выделяя водород и кипятя воду. Давление растет. У нас тут как бе есть открытое отверстие, если оно находится ниже уровня воды, из него начнет струячить вода под давлением. Кёрхер? Кто сказал Кёрхер? Ох ты ж Брахма тебя в гузно, Радж, какого хера тебя разрезало пополам? Позовите нового Раджа, этот сломался!

Затравочное отверстие выше уровня воды? У нас из него начинает херачить смесь пара и водорода. Второму раджу сварило лицо, зовите нового. Температура в каморе стремительно (или не очень) растет. Вот она достигает 1700 градусов и из запального отверстия начинают вылетать капельки расплавленного металла… Несите нового Раджа! Шива одобряэ!

Понятно, что я утрирую и больше одного Раджа за выстрел убить не удастся, но вы там поосторожнее, оке?  

Теперь к вопросу о том, что неверные франки от этого эпического залпа ослепнут.

На что нельзя смотреть праведному еврею? На то, как работает сварка (древний анекдот про раввина).

Основную опасность при взгляде на горящий магний представляет ультрафиолетовое излучение, так уж сложилось. Та же херня со сваркой и Солнышком. УФ неплохо поглощается воздухом, поэтому УФ излучение ослабевает быстрее светового, но да и хрен с ним. Мы как бе подыгрываем Раджам.

Итак, потратив примерно 800 г магния мы расплавим одноразовый ствол, зато получим охеренно яркую вспышку. Потратив 75 г магния и полтораху минералки мы получим относительно целый ствол, бабах, но почти без вспышки, потому что из ствола у нас вылетает паро-газовое облако с частичками недогоревшего магния и раскаленного оксида магния, а это уже не так зрелищно. Кстати, это почти снимает проблему взрыва водорода – он разбавлен до 10% водяным паром, при смешении с воздухом скорее всего концентрация будет ниже НКПР (нижний концентрационный предел распространения пламени).

Если водой не бодяжить, то будет довольно ярко – при скорости истечения 1.5+ км/с (тут мне уточнили, что 10 км/с) турбулентности не избежать, перемешивание с воздухом пойдет очень активно и за доли секунды у нас образуется облако ПГС, которое обязательно йоб… бахнет. Напомню, что без водяного пара у нас 32 моля водорода, а это ни много ни мало 740 литров при нормальном давлении. По славу Шивы. Для неленивых желающих посчитать чо будет - https://www.alfasafe.ru/cont/files/Seriya-09-Vyipusk-37-Vyiderzhka.pdf?610186506 методика расчета, калькулятор в зубы. Может и не смертельно, но радости будет мало.

Но вернемся к вспышке. Дистанция стрельбы из полевых пушек начала 19 века картечью – 300-700 метров в зависимости от калибра картечи. Ядрами на рикошетах – 1-2 км в зависимости от калибра ядра и угла возвышения. Морские пешки могут стрелять дальше. Исходя из этого мы понимаем – расстояние не очень большое, но и не рядом.

Если вспышка происходит только в стволе, то противник от нее защищен… снарядом. И, кстати, исходящими газами, светимость которых будет куда ниже, чем у горящего магния. Но вот излучение от горящего в стволе магния будет активно рассеиваться – вместе с газом у нас летит «снег» из гидроксида магния. Если магний догорает после вылета из ствола, то у меня плохие новости для стрелков – сфера излучения УФ будет от них на расстоянии на порядок а то и два порядка ближе, чем враги. А это означает, что до врага световой поток дойдет ослабленным в 100-10000 раз сильнее, чем до храбрых брахмапуторов. Я не уверен, что солнцезащитные очки у ВСЕЙ армии будут изготовлены из стекла со спецдобавками, обеспечивающими поглощение ультрафиолета. А вот световой поток они будут ослаблять, широко окрытый зрачок пропустит больше ультрафиолета… Шива одобряэ! Больше боли! Аскеза!!!!

И да, дальность стрельбы из 13 дм мортиры – до 4400 ярдов. Понятно, что точность стрельбы низкая, но утверждать, что этого недостаточно, чтоб побудить брахмапутров атаковать – спорно.

Теперь мы вспоминаем, что применявшиеся в фотографии магниевые вспышки  не выжигали глаза жертвам фотографов и праздным зевакам даже на небольших дистанциях. Так ослепнут ли франки враждебные, что реют, понимаешь, на дистанции в несколько километров?

Вопросы добычи магния и экономической целесообразности всей этой эпопеи в сравнении с развитием пороховой артиллерии на нитропорохах и унитарных снарядах с казенным заряжанием оставим за скобками авторского произвола. Хотят ребята строить электро-металлургию – пущай строят. Им, судя по следующей части, еще наведение беспилотников голубями в практике воплощать и сверхысокомолекулярный полиэтилен высокого давления из дегтя химичить. Хрен ли там электрометаллургия?

Дальше мне стало лень теоретизировать, да и обед подошел к концу.

Всем добра, возможно незнайка-заклепочник еще вернется, чтобы позадавать вопросы о полиэтилене и самолетах-камикадзе, управляемых голубями.