11月3日晚,我国长征五号火箭成功发射,它是目前我国直径最大,体积最大,运载能力最强的火箭。标志着我国航天技术上了一个新的台阶。火箭的核心部分是火箭发动机。它通过火箭所载的推进剂液态氢和液态氧泵入燃烧室燃烧,通过喷咀产生高速气流的一个发动机。气体的质量是小的,但它喷出有高的速度,意味着它可有高的动量,而火箭在相反方向获得相等的动量,从而使火箭高速前进。
由于火箭发动机加于火箭的反作用力,其大小决定于燃料燃烧情况,以及燃气喷出之速度。在地球上发射火箭时,火箭推力必须比火箭及载体的重量大,才能升空。所以如果送较大的宇宙飞船由地球进入轨道,则需要较大推力的火箭。世界最大推力的火箭是前苏联N1火箭,推力达3500吨。
液氢做燃料,液氧做氧化剂。液氢和液氧的沸点都很低,在摄氏零下200度左右。所以其保存需要超低温储存箱,才能保证它们在液态。一旦温度超过沸点,液体变成气体,就无法再用作推进剂。
氢是宇宙中最轻最普通的元素,它是无味易燃的气体。它由高温下天然气和水蒸气反应制取,或在催化剂作用下由水煤气反应制取。氢是还原剂,在空气中燃烧有淡蓝色的火燃。当加热时,它可和许多物质反应,如同钠反应生成氢化钠,氢有许多用途,通过加氢制作人造黄油,用哈伯博斯制氨法制氨,及作为火箭燃料。
氢的同位素有氘D,它包含一个质子和一个中子,在天然氢中占0,0156%,包含氘的水分子叫氧化氘或重水分子。重水用于核反应堆中以慢化快中子。氢的同位素氚T,包含一个质子和两个中子,它很稀少,可在核反应中产生,它有放射性,辐射β粒子。氚化水,包含在某些水分子中,那里氢原子被氚原子取代。医生使用它发现病人液体流量。氘和氚是热核聚变的燃料。
过氧化氢H2O2是像糖浆式的液体,它是氢的氧化物和一个强的氧化剂,它常用于消毒和杀菌及漂白。
液氢是高能,低温液体燃料,沸点20,35K,冰点13,55K。
氧气是无色,无味,二原子气体,占大气的21%。它是地壳内最为丰富的元素,对生命是至关重要的。
它支持燃烧,溶于水形成中性溶液,它是非常活泼的氧化剂。植物利用光合作用产生氧,工业上用液态空气的分馏得到氧。它有许多用途,如用于医院供氧和污水处理。
臭氧是一个有毒的,浅蓝色的气体,它是包含三个氧原子的分子。它是在大气上层发现的氧的同素异形体。它吸收太阳有害紫外辐射的大部分。当电火花通过空气时就会产生臭氧,如空气中产生闪电时。臭氧是强的氧化剂,有时用它对水消毒。
液氧为浅蓝色液体,沸点90,188K,冰点50,5K。液氢和液氧会使其接触的物质变得非常脆。
氢和氧还可以制作燃料电池,氢燃料电池,严格说来是一个发电装置,它直接将化学能转换为电能。它是使用氢制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应。把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极。
这种电池只会产生水和热,无污染,低噪声,高效率可达50%以上。20世纪60年代氢燃料电池首先应用于航天飞行的阿波罗飞船中。70年代开始应用于发电和汽车中,并为小型飞机提供动力。
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