嗯,對,又亂開主題了。這個小科學的主題我想要來聊聊一些作品(不限於動畫)裡面的簡單科學,不過在開始之前讓我說明一下為什麼會有這個主題。
身為一個有在寫作的人來說,有時候不可避免會遇到一些需要考證的情節,比如說史實、數學成果以及自然定律等等,而讀者們各有自己專精的領域,有些人一眼就能看出某些安排是有問題的,(這樣看來寫個不符合現實規律的異世界好像挺安全的),再加上現在作品的發表特性,很多難以補救的問題都會在網路上永久流傳,所以某種程度來說多少會有點小心翼翼。
那麼以下就先從一個簡單的主題入門,雖然是很久以前的作品了,不過知識(在被推翻之前)是不會過時的,可不是嗎?
一、「瓦斯桶在室外,根本就不會氣爆!」── 新兵日記之特戰英雄 (2011)
算算也是十三年前的劇了,不過考慮到報告班長還是號角響起什麼的電影臺都還有在播,聊這個好像也沒什麼。話說我的第一部長篇作品
《忠敬山鬼抓人》就是一部兵役生活延伸出的作品,當時為了取材各部軍教片也都沒有少看過。這次要討論的就是
特戰英雄第20集中王班長的這句話:
故事中大家在反恐連的鑑測期間,剛好遇到越獄通緝犯逃到鑑測路線附近的民宅裡並挾持了平民,接著中間發生了好多事情(喂!),就演變成歹徒抱著瓦斯桶威脅要同歸於盡。然後,然後?就沒有然後了。
所以瓦斯桶在室外到底會不會爆?那要先來看看氣爆的成因是什麼,跟單純燃燒又有什麼差?
◎ 理想氣體方程式
氣爆發生時,會有一陣空氣的衝擊波往外衝出(好...好口語),也就是壓力。如果對
理想氣體方程式有點概念的大家就會知道:
(氣體壓力) x (氣體體積) = (氣體莫耳數) x (理想氣體常數) x (絕對溫度),也就是 PV = nRT。
那麼壓力大是怎麼來的?讓我們簡單移項一下會得到 P = nRT / V,其中 n / V 就是單位體積下的氣體數量,或者說濃度(M),所以:
P ∝ M x T ,也就是壓力正比於濃度乘以溫度。
在密閉空間中,我們讓一個瓦斯桶通通漏光(千萬不要這麼做),那麼整個空間的 M 就是定值了,這個時候如果有個火源讓瓦斯開始燃燒,那麼下面三件事就會一起構成氣爆:
1. 燃燒釋放熱能,使溫度遽然上升。
2. 溫度上升引燃了其他的瓦斯,造成連鎖反應。
3. 瓦斯中的丙烷分子燃燒會產生水蒸氣與二氧化碳:

每個丙烷分子燃燒後會多出一個分子(左邊有 6 個,到右邊變成 7 個),從而增加氣體的濃度 M。
那麼瓦斯在室外不會氣爆的原因是什麼呢?答案是濃度。我們知道氣體會擴散,也就是說氣體會由濃度高的區域向濃度低的區域移動,最終達到整個空間中幾近均勻的動態分布,那麼在室外它要怎麼達到均勻?答案就是通通向外跑光光,也就是說 V 無限大,M 接近於零,就算真的點燃了其中的一兩顆分子,附近也沒有其他的分子維持這個燃燒,自然也就不會氣爆了。
前面說到密閉空間中的氣爆來自於燃燒的劇烈放熱反應,所以反過來說燒不起來就好了,既然燃燒三要素的可燃物跟溫度都有了,只要沒有氧氣依然是燒不起來。因為維基百科已經寫得很詳細了,我直接把說明貼過來:
點燃在空氣中的氣體,氣體可能會引爆,或者會很快停止,這種情況是由氣體在空氣中的濃度來決定的。當氣體濃度太低,沒有足夠燃料來維持爆炸;當氣體濃度太高,沒有足夠氧氣燃燒。氣體只有在兩個濃度之間才可能引爆,這兩個濃度稱為爆炸下限(LEL,lower explosive limit)、爆炸上限(UEL,upper explosive limit),慣以百分比表示。它們是氣體的爆炸極限(又稱爆炸界限)。
這裡大家比較不知道的事情是濃度太高也是不會爆的,所以我記得以前在學校時,教授說過如果發現瓦斯外洩已經來不及了,可以乾脆把瓦斯全部打開,讓濃度超過上限就不會爆了。(千萬不要真的這麼做again)
塵爆的發生跟氣爆一樣嗎?其實兩者的原理可以說一樣,不過有一個本質上的不同,就是氣爆牽涉的是氣體分子,塵爆則是固體顆粒,固體顆粒的問題在「不會擴散」,(這裡的擴散是指分子自然往濃度低處移動的現象,而粉塵的運動是因為氣流造成的),所以當你看到粉塵霧濛濛的時侯,(可燃物)濃度就已經高到不行了,更別提一顆可燃粉塵是由上萬顆可燃分子組成的,就算只有表面接觸到空氣的部分會反應,數量也夠可觀的了。
◎ 所以寫這麼多要幹嘛?
如果覺得看到這裡都沒什麼收穫,那只希望大家記得兩件事就好,第一個就是瓦斯桶不要放在密閉空間(如門窗緊閉的房間)裡,而且附近最好要淨空,因為即使不是完全密閉的空間,也可能因為擴散條件不好造成可燃氣體累積。第二個就是可以的話,儘可能遠離那種會飄散大量粉塵的地方(像是......呃......穀倉?鋸木場??),非去不可的話也要避免揚塵,大概就這樣。