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TNT是什么?为什么包括原子弹在内的很多炸弹都用这个做单位?

2020-10-24 17:01阅读(89)

TNT是什么?为什么包括原子弹在内的很多炸弹都用这个做单位?一吨TNT威力有多大?:TNT叫做三硝基甲苯,也叫托尔。是一种很常用的炸药。这是一种淡黄色的固体。由

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TNT叫做三硝基甲苯,也叫托尔。是一种很常用的炸药。

这是一种淡黄色的固体。

由于TNT本身需要在封闭的空间内进行激发引爆,因此安全性相对较高。


同时,TNT熔点低,即便是在加热后成为液体也不会爆炸,这个特性就使得TNT在制造武器的时候相对方便一些,于是,在第一次世界大战后迅速取代了当时常用的苦味酸作为主要的爆炸物装药。


在二战的时候,有一种威力极大的武器被生产出来了,这个武器就叫做原子弹

例如投到广岛的那颗,在爆炸的时候释放出了500000亿焦耳的能量。这个数值在计算的时候很大,不方便进行后继的评估或描述。所以在形容大型爆炸物的爆炸能量的时候就引入了等效计算单位,描述一次爆炸相当于多少炸药的爆炸量。由于TNT当时使用普遍于是就引入了TNT当量的这个概念,平均每吨TNT炸药爆炸后会产生4.184E9焦耳的能量,于是就有了直接的换算关系,例如在描述广岛核爆炸的时候,就不需要数前面5后面到底有几个零了,直接说是大约相当于1.5万吨TNT爆炸,这也就是TNT当量了。


当然了,得注意一点,一吨TNT炸药爆炸并不是一定产生4.184E9焦耳的能量,这里就还有一个科学家偷懒的事情存在。

经过测算,每克TNT在爆炸的时候产生的能量是和纯度、环境、爆炸的起爆方式、以及周边空气的气压含水量都有极大的差异的。通常会释放出2673–6702焦耳的能量。跨度特别的大。

于是在定义TNT当量的时候就取了个中。但取中应该是4687.5啊?怎么就4184了呢?


这里就有科学家灵光一闪的骚操作了,既然已经不准了,那还不往现在常用的单位上靠一靠嘛……

于是就定成了1克TNT爆炸产生4184焦耳的能量,这个能量如果说焦耳大家看着还比较谬口,但如果换算成卡路里,就是很整的数字了,恰好1000卡,也就是在一个标准大气压下让1千克的水提高1摄氏度所需要的能量。

简单的说一克TNT当量就被定义为了1大卡(kcal,1000cal,1Cal)。


有时候你会看到一些食品上有一些以千卡或者大卡标记的能量标签,你就可以简单的换算成多少克TNT了。例如上面的标签每100毫升相当于50克TNT当量的能量,在减肥的朋友们要注意看看标签哟。


ps:看有的回答里面写着TNT是诺贝尔发明的炸药,呃~诺贝尔不是发明的硝酸甘油和硅藻土混合的安全炸药吗?

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考虑到很多读者还不知道TNT究竟是何物的现实,所以我们先从“TNT是什么”这个问题开始解答。

所谓TNT是英语单词Trinitrotoluene的缩写,意思是指一种性状为黄色晶体的有毒化学合成物质——三硝基甲苯,即黄色炸药,人们习惯称之为“TNT炸药”,我国以汉字“梯恩梯”为其命名。

TNT的化学式为C6H2CH3(NO2)3,分子质量:227.13,沸点:240℃(爆炸极限),熔点:80.35~81.1℃,相对密度:1.654,蒸气压:0.046mmHg(82℃),溶解度:难溶于水、乙醇、乙醚,易溶于氯仿、苯、甲苯、丙酮,爆炸方程式:4C6H2CH3(NO2)3 + 21 O2 =点燃= 28 CO2 + 10 H2O + 6 N2,氧平衡:-74.0(%),人在误食或者吸收TNT时会引起中毒。

TNT炸药有一个几乎所有炸药都不具备的特点——稳定,它本质上一种惰性炸药,用火烧、用枪击都不会发生爆炸,只有使用雷管对其进行爆轰时才能成功引爆,所以它被誉为“最安全的炸药”。

实事求是地讲,TNT并不是威力最大的炸药,它的爆速为6900米/秒,猛度为13%。而其它军用炸药的威力均超过它,比如苦味酸炸药的爆速为7380米/秒,猛度112%;黑索金炸药的爆速8350米/秒,猛度24%;奥克托今炸药的爆速为9110米/秒,猛度150%。

可见TNT炸药的威力是所有现代军用炸药中威力最小的(仅比民用炸药的威力略大),却因为它独有的稳定性特点成为世界上使用最广泛的军用炸药,几乎所有的手榴弹、炮弹、地雷等等爆炸弹药都以TNT炸药做为主要装药。

而其它威力较大的炸药均不具备TNT炸药的稳定性,比如说上述例举中提到的奥克托今炸药,它的撞击感度为100%,意思就是说受到10公斤的落锤从25厘米高的地方砸到这种炸药上就可引发爆炸;苦味酸和黑索金则更娇气,受到270℃温度的明火烧灼就能引起爆炸(10公斤25厘米落锤也一样)。

所以传统弹药很少使用这些高性能炸药,只有在一些高价值的尖端装备上才以特使处理或者特殊设计后才使用,比如说导弹的战斗部、核弹的引爆炸药等等。

那么问题就来了——为什么包括原子弹在内的很多炸弹都用TNT做单位呢?我们从下面几点来分析。

下图为某军事院校关于核武器知识教学用的PPT截图,它对核武器的威力和等级做了简要的阐述,一千克TNT炸药爆炸时所释放的能量约为4200千焦,一吨TNT炸药的威力就是4200×1000=4200000千焦。

炸弹威力需要一个标准的测量方式和计量单位

所谓测量指的是按照某种规律,用数据来描述观察到的现象,即对事物作出量化描述,也可以理解为对非量化实物的量化过程。

比如说对下雨的大小测量描述为“降水量”,单位为mm,降水量为10mm/24h的雨为小雨,降水量为100mm/24h的雨为大暴雨;温度的测量描述为“摄氏度”或者“华氏度”,单位为℃或者℉等等,它们统称为“计量单位”。

那么军事领域上的武器弹药威力又该如何进行测量和计量呢?

很显然对武器弹药威力的测量和计量也需要遵循“某种规律”的原则来对威力进行描述,比如说子弹的威力通常根据它的飞行速度以及动能来描述,以AK-47自动步枪为例:子弹的飞行速度以测量子弹离开枪口时的速度进行计量,即710米/秒的枪口初速;子弹的动能以测量子弹离开枪口时所获得的动能进行计量,即1980焦耳的枪口动能。

这是一种对枪械威力的标准描述,因此全世界的枪械都需要对这两组数据进行测量,并以此为计量单位进行威力描述。

而爆炸类的武器弹药同样需要对威力进行测量和计量,它们都有一个共同的特点,那就是普遍使用稳定性极好的TNT炸药做为装药,所以对爆炸类武器弹药的威力均以TNT炸药做为测量参考,并以TNT炸药爆炸时所释放的能量做为计量参考。

比如说重型鱼雷的战斗部装药量为360千克,成分为67%的TNT炸药、8%的黑索金炸药、20%的铝粉、5%的硝酸铝混合而成的化合物炸药,它的威力是纯TNT炸药的1.7倍,即对该化合物炸药的威力参照100%的TNT进行测量计算。

一千克TNT炸药所释放的能量为4200,000焦耳,360千克化合物炸药所释放的能量就可以概括为它的威力,计算方法是这样的:

360×1.7=612,即360千克的化合物炸药所释放的能量相当于612千克TNT炸药所释放的能量,所以在这枚鱼雷的威力我们可以用这样的方式来描述:612千克TNT当量。

“当量”一词就是对鱼雷威力的计量单位,即用释放相同能量的TNT炸药的质量表示爆炸释放能量的一种习惯计量。

下图为正在装填120mm迫击炮的士兵,120mm炮弹的装药为4.8千克B成分炸药,爆炸威力是TNT炸药的1.5倍,所以当我们使用“千克TNT当量”来描述他的威力时的计算是这样的:4.8×4200×1.5。


“当量”是描述包括原子弹在内的核武器威力通用的计量单位

在描述常规武器威力时,我们可以用“千克TNT当量”来计量,比如上述中提到的重型鱼雷威力,其“612千克TNT当量”的威力描述所表达的意思就是:该型鱼雷爆炸时能释放621×4200000焦耳的能量,即2579400000焦耳。

但是包括原子弹在内的核武器威力实在是太大了,如果用“千克TNT当量”来计量,那么数目字就过于庞大,因此将“千克TNT当量”改为“吨TNT当量”来为核武器的威力进行计量。

比如说美国B61-12型战术核弹,它的威力为4000吨~50000吨TNT当量(威力可调),当威力调至4000吨TNT当量时即表示核爆释放的能量相当于4000吨TNT炸药爆炸时所释放的能量;当威力调至50000吨TNT当量时则表示核爆时所释放的能量相当于5万吨TNT炸药爆炸时释放的能量。

人类制造过威力最大核弹是前苏联的“大伊万”氢弹,它的设计当量为5800万吨TNT,实际爆炸当量为9000万吨TNT,其中5800万吨TNT设计当量的描述所表达的意思就是:当核爆时,威力相当于5800万吨TNT炸药爆炸时所释放的能量;9000万吨TNT当量就表示相当于9000万吨TNT炸药爆炸时所释放的能量。

核武器是人类目前能掌握的威力最大的能量释放装置或者能量产生技术,使用通用炸药爆炸时所释放的能量做为参照来进行计量是最直观的方法,因此“当量”这一计量单位除了用来描述核爆威力以外,还可以用来描述地震、超星星爆炸等等自然现象所产生的威力。

比如6级地震所释放的能量约为630000000000000焦耳,相当于一枚威力为1.5万吨TNT当量的原子弹(广岛原子弹),所以我们在描述6级地震的威力时可以用“1.5万吨TNT当量”做为计量单位,它表示6级地震所释放的能量相当于1.5万吨TNT炸药爆炸时所释放的能量。

反过来说,我们也可以通过原子弹爆炸时所产生的地震等级来推算原子弹的威力,比如说2013年2月12日,我国地震台网检测到朝鲜境内发生一起震源深度为0的里氏4.9级地震。

这个等级的地震所释放的能量约为20000000000000焦耳,相当于4800吨TNT炸药爆炸时所产生释放的能量,因此可以大慨推算出这次核试验中的核弹威力为5000吨TNT当量。

下图为打开弹仓的F-35联合攻击机,它准备进行战术核弹攻击测试,弹仓内挂载的弹药为B61-12型战术核弹模拟训练弹,该型核弹最大爆炸当量为50000吨TNT,相当于50000吨TNT炸药同时爆炸所释放的能量。

综上所述我们可以得出这样的结论

第一、TNT是一种名为Trinitrotoluene的炸药,“TNT”是它的英文名缩写,由于它的性状为黄色晶体,所以有称之为“黄色炸药”或者“TNT炸药”,我国称之为“梯恩梯炸药”,该型炸药稳定性极好,是使用最广泛的军用炸药。

第二、包括原子弹在内的很多炸弹都使用“TNT”做单位的原因是便于对炸弹威力进行计量,即“千克TNT当量”或“吨TNT当量”,它是用来描述炸弹威力的计量单位,“1千克TNT当量”表示描述炸弹威力相当于1千克TNT炸药爆炸时所释放的能量;“1吨TNT当量”表示描述炸弹威力相当于1吨TNT炸药爆炸时所释放的能量。

结语

从前,我们不了解“TNT当量”的含义,所以每当看到诸如“国产狂飙一号战术核弹的威力为10万吨TNT当量”、“东风-31A洲际导弹核弹头威力为300万吨TNT当量”等等这些报道时,感觉这些数目字特别抽象,并不明白这“10万吨”和“300万吨”威力的具体含义。

当我们深入学习以后才真正感受到包括原子弹在内的核武器威力的恐怖,尤其是使用常规武器的威力与核武器威力进行对比时,我们越发能认识到核武器以及核战争的可怕。

比如说155mm榴弹炮就是一种典型的常规武器,所发射的155mm高爆榴弹有效杀伤半径为30米,绝对杀伤半径为16米,炮弹重量为约45公斤,炮弹内的B成分高爆炸药约为7公斤,所释放的能量约为44100千焦,威力相当于10.5千克TNT当量。

东风-31A战略核弹头的重量约为400千克,有效杀伤半径约为28千米,核聚变装药爆炸时所产生的威力为300万吨TNT当量,虽然重量比155mm炮弹多了355千克,但是威力却是155mm炮弹的28.5万倍,太可怕了。

文章最后作者希望读完这篇文章以后的读者朋友们能进一步认识到核战争的可怕程度,不要再轻易叫嚷开战,更不能呼吁使用核武器,因为一颗重量不到半吨的原子弹或者氢弹就足以摧毁一座城市,如果全球13400余枚核弹头全部投入到战争中,那么战争的结果只会是人类在相当于350亿吨TNT爆炸当量中灭绝(相当于每个人分配到5公斤TNT炸药爆炸时所产生的威力)。

下图为我国火箭军装备的东风-5B洲际弹道导弹,它的性能虽然不算先进,但是搭载能力却是国产核导弹中最强的,据推测,该型导弹的起飞重量约为200吨,射程为12000公里时载荷为5吨,可搭载50万吨TNT当量核弹头12枚,一次投射就能摧毁4个人口在200万左右的中型城市,威力十分惊人。

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就是诺贝尔发明的炸药!

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计算爆炸威力的一种标准,用释放相同能量的TNT炸药的质量表示核爆炸释放能量的一种习惯计量。又写成TNT当量,也可用于表示非核爆炸释放的能量。核弹爆炸释放的能量,即其威力大小,通常用“吨TNT当量”。标准TNT取的是,1克TNT释放4184焦耳(4.184×10^3 J)。1945年8月6日美国在日本广岛投掷的首枚原子弹“小男孩”,“小男孩”爆炸的能量约相等于13000吨的TNT烈性炸药,即大概为5.5×1013J。

2008年5月中国地震局将四川汶川大地震定为里氏8.0级,那么汶川大地震的能量相当于多少颗广岛原子弹爆炸释放的能量呢?根据里克特在1953年提出的公式计算,每一级地震释放的能量E2与次一级地震能量E1的关系为lg(E2/E1)=1.5,其中1.0级地震释放能量为2.0×106J,即汶川地震的能量相当于1149颗广岛原子弹爆炸释放的能量。为了更好理解TNT当量,请看下表:

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1863年,J.威尔勃兰德发明了 TNT (梯恩梯)。它是一种烈性炸药,呈 黄色粉末或鱼鳞片状,难溶于水,可用于水下爆破。

TNT的化学成分为三硝基甲苯,这是一种威力很强而又相当安全的炸 药,即使被子弹击中一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装 填各种弹药和进行爆炸,逐渐取代了之前常用的苦味酸。在第二次世界大战 结束前,TNT —直是综合性能最好的炸药。

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