氧氣罩裡的科學

生活科學趣談

基於在廣體客機內安裝大型氧氣罐不符合經濟效益,因此機艙內的新鮮空氣是由渦噴引擎從機外大氣中汲取,然後經由管道輸送到乘客區。在長途航線的最佳飛行高度35,000~42,000英尺時,機艙內氣壓大約保持在7000英尺高度的大氣壓力(大約是阿里山遊樂區海拔高度)。一旦機艙失壓(氣壓高度超過 14,000 英尺),氧氣罩就會自動掉落下來

有些機型的氧氣罩是配置3個單向閥,增加的第3個單向閥只允許氣體由機艙往罩內流動。當機艙失壓時這個單向閥是不動作的,直到機艙內氣壓大於氧氣罩內部壓力時才有作用(或是製氧罐不再製氧時),此時乘客是直接呼吸機艙內的空氣

化學氧氣發生器(Chemical oxygen generator )的插拴被拔開後,透過釋放一個被扭轉的彈簧之彈力位來加速撞針的移動。如同擊發手槍的機制,撞針會敲擊起爆藥(底火)來點火。起爆藥則混合了三硝基間苯二酚鉛(Lead styphnate)與四氮烯(Tetrazene explosive),前者的火焰感度好但缺點是靜電感度大,後者則是針刺感度佳。因此拔掉插拴後,撞針是先敲擊四氮烯,接著引爆後方的三硝基間苯二酚鉛,隨後火焰通過導火孔進入製氧罐內部來引發下一個化學反應

製氧罐內部充填氧化劑與鐵粉,氧化劑的主成分是氯酸鈉 (NaClO3),並混有少量的過氧化鋇 (BaO2) 和過氯酸鉀 (KClO4)。製氧原理是利用燃料燃燒所釋放的熱量來促成氯酸鈉分解,釋放出氧氣。

2 NaClO3 → 2 NaCl + 3 O2 ,分解所需的起始溫度 300℃ 比氯酸鉀的分解溫度 400 °C低,因此使用鐵粉的緩慢燃燒生成氧化亞鐵,即可持續提供氯酸鈉分解所需的熱量

2 Fe + O2 → 2 FeO ,ΔH = −272 kJ/mol

如果儲存得當,氧氣蠟燭的保質期可長達20 年。缺點則是起爆藥的靜電感度大,可能因靜電積聚造成電火花而發生爆炸事故。因此潛艦中的氧氣蠟燭本身不配備起爆藥,是等到要製氧時才裝入塗有紅磷的點火桿,藉由火柴頭與磷皮的摩擦機制來點火啟動製氧罐

同場加映

拉線摩擦點火