мини|Детонација 16 тона експлозива мини|Експлозије бензина, симулације пада бомби на аеромитингу
Експлозија је брзо увећање запремине дате количине материје повезано са екстремним ослобађањем енергије, што је по правилу штетно и обично праћено стварањем високе температуре и ослобађањем гасова под високим притиском. Експлозије изазивају таласе притиска у медијуму у којем се одигравају, по чему се и врши њихова категоризација на сагоревања или запаљења, ако су ови таласи подзвучни и детонације ако су таласи надзвучни (такође познати као шок-таласи - јер се прво претрпи удар, па онда чује звук)..
Најчешћи вештачки експлозиви су хемијски експлозиви, за које је карактеристична брза и јака реакција оксидације која производи велике количине врелог гаса. Барут је први откривени и коришћени експлозив. Друга значајна рана открића на пољу технологије хемијских експлозива су били Фридрик Аугуст Абелова нитроцелулоза 1865. године и Алфред Нобелов проналазак динамита (стабилизовани нитроглицерин) 1866. године. Нова генерација експлозива, атомска бомба, је била откривена 1945. године од стране уједињених научника. Године 1952. Америчка армија је развила прву Фузиону бомбу.
Експлозије су уобичајене и у природи. На Земљи, већина природних експлозија настаје услед вулканских процеса разних врста. Експлозивне вулканске ерупције се дешавају када лава (магма) долазећи из дубине земље садржи и пуно гаса; смањење притиска до кога долази када лава избије на површину изазива да гас у облику мехурова избија из лаве, резултујући великим повећањем запремине. До експлозија такође долази услед земљотреса.
Експлозија је процес брзог стварања, односно ослобађања топлотне енергије, праћена појавом гасовитих продуката под притиском већим од притиска околне средине, услед чега долази до ширења продуката и том се приликом део ослобођене енергије претвара у рад. Иако је свака експлозија праћена ослобађањем енергије, експлозију не карактерише количина ослобођене енергије, већ брзина којом се ова енергија ослобађа, тј. количина енергије ослобођена у јединици времена. На пример, при експлозији 1 kg тринитротолуола (ТНТ-а) ослобађа се свега 4.186 kJ. Ова количина енергије је много мања од енергије која се ослободи сагоревањем 1 kg бензина од око 46.046 kJ, па чак и дрвета или лигнита 8.372÷12.600 кЈ. Међутим, у случају тринитротолуола ослобађање ових 4.186 kJ поприма карактер експлозивног сагоревања због врло кратког времена (око стохиљадитог дела секунде (10−5 s)) за које се поменута количина енергије ослободи.
Дефиниције Експлозија
Појам „експлозија“ ( - значи распасти, експлодирати) већина људи повезује са јаким праском, пламеном, облацима црног дима, летећим фрагментима одбаченог окружења итд. Међутим, то су само спољашња обележја експлозије, односно њена спољашња слика. Шта је заправо експлозија, које врсте експлозија постоје, каква је њихова улога у животу људи, које су могућности њене примене у људским активностима итд. биће објашњено у даљем тексту.
Баумова дефиниција: Према Бауму и његовим колегама (Баум ет ал., 1975), експлозија се генерално дефинише као процес веома брзе физичке или хемијске трансформације система са преласком његове потенцијалне енергије у механички рад. Рад који врши експлозија је резултат наглог ширења гасова или пара, без обзира да ли су постојали пре или су настали током експлозије. Најважнија карактеристика експлозије је нагли скок притиска у окружењу које непосредно окружује место експлозије. Ово је такође узрок снажног разорног дејства експлозије. Дреминова дефиниција: Према Дремину (Дремин, 1991), експлозија се дефинише као процес брзог ослобађања велике количине енергије у ограниченој запремини. Јохансон и Персонова дефиниција: Јохансон и Персон (Johnsson and Persson, 1970) дефинишу експлозију као изненадно ширење супстанце до запремине много веће од њене почетне запремине. Појам експлозија тако укључује ефекте који прате, или укључују, брзо сагоревање и детонацију, као и чисто физичке процесе, као што је нпр. цилиндар за прскање компримованим гасом”.
Из наведених дефиниција произилази да су експлозија и прскање надуваног балона под дејством притиска гаса у балону, и експлозија електричног котла у коме се прегрејана вода претварала у пару, и експлозија изазвана нуклеарним реакцијама и експлозија хемијске експлозивне материје изазвана хемијским реакцијама. Другим речима, експлозије могу бити изазване физичким променама и хемијским и нуклеарним реакцијама, па се могу поделити на физичке, хемијске и нуклеарне експлозије.
Упркос бројним разликама (нпр. у извору енергије експлозије, јачини итд.), сви експлозивни процеси, условно речено, имају две фазе: (а): претварање неког облика енергије у енергију јако компримоване супстанце и (б): нагло ширење тако сабијене супстанце.
Најчешће се у процесу експлозије стварају загрејани гасови или паре, који су у почетку под веома високим притиском.
Врсте експлозија
Извори енергије експлозије могу бити различити: хемијска, нуклеарна, електрична, топлотна, кинетичка енергија, енергија еластичне компресије итд.
Експлозије се најчешће класификују на: физичке хемијске експлозије и нуклеарне.
У физичке експлозије спадају на пример, експлозија суда у коме се чува гас под притиском или експлозија парног котла.
Типичан пример експлозије, а вероватно нама најближи, је експлозија хемијске експлозивне материје које се дешавају при активирању хемијских експлозива а праћене су брзим ослобађањем енергије и гасовитих продуката. Хемијски експлозиви представљају материје чија је основна карактеристика да могу детонирати под одређеним утицајем, што се у крајњем случају своди на такозвану минималну енергију активације. За хемијске реакције које се одвијају великом брзином и које су праћене ослобађањем топлотне енергије и стварањем гасовитих производа каже се да имају експлозивни карактер, односно да су експлозивне. Према експлозивној материји, такве реакције се могу одвијати у два облика, односно помоћу два механизма: (а): сагоревањем и (б): детонацијом.
Хемијска експлозија је дефинисана као процес брзог претварања хемијске енергије у топлотну, при чему су продукти детонације углавном у гасовитом стању са запремином која је и до хиљаду пута већа у односу на првобитан кондензован експлозив. Пораст притиска је такође неизбежан пратилац експлозије, а јавља се као последица истовременог ослобађања топлоте и велике количине гасовитих продуката разлагања.
Да би дошло до хемијске експлозије треба да буду испуњени следећи услови:
процес хемијске реакције мора се одвијати веома брзо, процес хемијских преструктуирања мора бити праћен ослобађањем енергије, која се назива топлота експлозије, процес експлозије мора бити праћен ослобађањем гасовитих продуката што обезбеђује раст притиска, процес експлозије започет на једном месту мора ићи до краја док не детонира целокупна маса експлозива.
До експлозије такође може доћи и приликом електричног пражњења, односно када импулсни ток велике струје протиче кроз танке електричне проводнике (тзв. експлозивни проводници). Експлозија је узрокована топљењем метала, његовим наглим експлозивним кључањем и испаравањем. У тренутку експлозивног кључања, растопљени метал се практично тренутно претвара у пару под високим притиском, способну да проузрокује уништавање околине.
Електричне експлозије данас проналазе нове облике практичне примене. На њиховим темељима настала је самостална област технике – тзв електроимпулсна технологија. Имају широку примену у добијању скупих минерала (јер не изазивају њихово уситњавање), а могућа је и у медицини, на пример за разбијање камена у бубрегу.
Електричне експлозије су такође честе у природи. Пример је муња, гигантско електрично пражњење у атмосфери, праћено јаким бљеском светлости и грмљавином. Муње се најчешће јављају у кишним облацима, али се јављају и приликом вулканских ерупција, током торнада и пешчаних олуја – другим речима, тамо где постоје услови за стварање јаких електричних поља. У главном делу муње јачина струје може да достигне сто хиљада ампера, брзина пражњења стотине милиона метара у секунди, а температура канала пражњења понекад може да пређе .
Када гром „удари” у неки објекат, услед струјног удара, у њему се стварају уски канали у које се усмерава струја грома. Због високе температуре у створеном каналу погођеног објекта долази до интензивног испаравања супстанци и експлозивног уништења.
Гром је узрок многих великих катастрофа, пожара и погибије људи. Међутим, штете од грома су неупоредиво мање од користи које имају природним одржавањем плодности земље. Наиме, сваке године гром "направи" око 100 милиона тона азотних једињења која путем кише доспеју до земље. То је количина која је око 3 пута већа од целокупне количине вештачких азотних ђубрива које светска индустрија произведе у једној години.
Експлозије се такође дешавају када се чврсто тело које се креће великом брзином (реда неколико km/s) судари са чврстим препрекама. Приликом судара кинетичка енергија тела у покрету се трансформише у топлотну, на рачун чега долази до наглог испаравања тела и стварања јако компримованог гаса и/или паре. Примери експлозија овог типа су експлозије које настају када велики метеорити падну на земљу.
Већина земљотреса су примери експлозија изазваних еластичном компресијском енергијом. Услед кретања великих маса земљине коре, у појединим деловима Земље могу настати велики напони. У овим крајевима се акумулира огромна количина енергије која се потом ослобађа током земљотреса. Енергија јаких земљотреса процењује се на 1013-1015 kJ, што је еквивалентно експлозији неколико милиона тона класичног експлозивног материјала. На срећу, такви земљотреси се дешавају прилично ретко. На пример, од 100.000 земљотреса који се региструју сваке године, само десет њих је разорно. Упркос томе, претпоставља се да је од земљотреса до данас умрло око 14 милиона људи (Турума ет ал., 1982).
Изненадне ерупције угља и гаса у рударским јамама аналогне су експлозији изазваној енергијом еластичне компресије. Настају услед нагле промене напрезања у лежиштима угља засићеним гасом, а манифестују се уништавањем рудних лежишта, насилним ослобађањем гаса и кретањем лежишта угља. Како се дубина рударске јаме повећава, тако се повећава и притисак рударских наслага и гаса, а повећава се учесталост и јачина неочекиваних ерупција. Због тога се ерупције јављају на већим дубинама чак и када су у питању веома чврста рудна лежишта.
Унутрашњи напони услед збијања на великим дубинама су толики да при истовару руде, што настаје када се руда открије, долази до њеног експлозивног распадања. Такви примери забележени су при покушају вађења цилиндричних тестних узорака минерала са великих дубина, као и приликом вађења минералних узорака са дна океана. У оба случаја, огроман притисак је изазвао стварање унутрашњих сила, које, када притисак престане (растовар), доводе до прскања узорка.
Експлозије које настају када се вода замрзне у затвореној чврстој посуди су сличног типа. Наиме, при претварању воде у лед долази до повећања запремине, повећања притиска у суду и, ако тај притисак премаши чврстоћу зидова посуде, он експлодира. Забележен је случај „експлозије“ санте леда на реци Онон у источном Сибиру. У овом случају, улогу контејнера играо је ледени покривач који је окруживао незамрзнуту воду.
Недавна астрономска посматрања потврдила су да ни експлозије у свемиру нису ретка појава. Примери таквих експлозија су експлозије на Сунцу, формирање нових звезда, као и експлозије у центрима галаксија. Основа ових гигантских експлозија су нуклеарне реакције.