一克tnt相当于多少热能 1吨tnt的威力

时间:2024-11-15 18:04点击:171041次

我们在描述一颗炸弹的爆炸威力时,常用到TNT当量,1千克TNT当量大约为4.184兆焦,TNT的全称叫做三硝基甲苯,是一种相对安全的炸药,在运输过程中受到撞击和摩擦也不容易发生爆炸,引爆则需要使用雷管,这使得TNT在第一、二次世界大战中被广泛使用。

1吨tnt的威力

理化性质

三硝基甲苯化学式为C6H2CH3(NO2)3,分子量227,其晶体呈黄色,属于黄色炸药的一种,高纯度的三硝基甲苯熔点大约为81℃,当达到沸点240℃时就会发生爆炸,雷管引爆时分解为CO、H2、N2和C,体积剧烈膨胀,人体长时间接触三硝基甲苯会引起慢性中毒。

三硝基甲苯在常温下性质很稳定,不像硝化甘油那样危险,硝化甘油受到震动、摩擦和光照都可能发生剧烈爆炸,也就是冒险电影《垂直极限》中的危险物。

为何TNT作为能量释放的衡量标准?

二十世纪初TNT被广泛使用,在原子弹发明后,原子弹爆炸释放的能量超过10万亿焦耳,能量数值非常大,此时再用焦耳作为能量单位非常不方便,TNT就很自然地成为了比对标准。

TNT在分解时不需要消耗空气中的氧气,但TNT爆炸时释放能量受环境因素的影响非常大,比如空气中的含水率,起爆方式等等,每克TNT炸药通常可以释放2673~6702焦耳的能量。

为何选4184这个数?

依照常规办法,取个中间值(4687焦耳)就可以作为比对标准,但是我们知道1克TNT当量定义为4184焦耳,这是因为科学家认为4687这个数太单一了,不容易记住,反正TNT释放能量也不是恒定的,我们可以把这个数优化一下。

正好1千克液态水在标准大气压下升高1℃需要的能量大约是4200焦耳,与1克TNT炸药释放的平均值很接近,于是科学家灵机一动,把1克TNT当量的数值定义为1千克液态水在标准大气压下升高1℃需要能量的数值,也就是1大卡(1大卡=1000卡),“卡”也就是我们说的卡路里。

卡路里的定义就是将1克水在标准大气压下提升1℃所需要的热量,由于液态水在不同温度下的比热容有微小区别,于是卡路里又有不同温度下的定义,比如:

15度卡路里:1克液态水在标准大气压下由14.5℃提升到15.5℃所需的热量,约为4.1855焦耳(国际委员会标准)。

20度卡路里:1克液态水在标准大气压下由19.5℃提升到20.5℃所需的热量,约为4.1819焦耳。

平均卡路里:1克液态水在标准大气压下由0℃升到100℃所需的每度热量平均数,约为4.190焦耳。

而TNT的数值取用热力学和化学中使用的“热化学卡路里4.184焦耳”,于是我们就有了:

1克TNT当量=4184焦耳=1大卡=1000卡=1000卡路里;

在炸弹当中常使用“吨TNT当量”,1吨TNT当量=4.184*10^9焦耳,比如广岛原子弹爆炸释放能量大约为2万吨TNT当量,沙皇炸弹达到了5000万吨TNT当量。

其他能量释放标准

除了TNT当量作为高能量释放的单位外,在一些特殊场合还有其他的参考标准,比如“标准煤”在工业生产当中用得更多,1千克标准煤的热值定义为7000千卡,与TNT当量的关系为:

1吨tnt的威力

1千克标准煤释放热量=7千克TNT当量;

可以看到,1千克标准煤完全燃烧释放能量大约是1千克TNT爆炸能量的七倍,但是煤可以作为燃料,TNT却是炸弹,这是因为煤的燃烧缓慢释放能量,并且需要外界氧气的参与,而TNT几乎是瞬间释放能量不需要外界提供氧气,后者形成了剧烈爆炸,这也是燃料和炸药的最大区别。