Что нагревается быстрее в сосуде вода или воздух

На широте Москвы солнце за год отдаёт каждому квадратному метру земной поверхности порядка 1000 кВт х ч энергии. Это только то, что доходит до земли, много забирают облака и атмосфера. Саяно-Шушенская ГЭС, крупнейшая в России, выдаёт 23,5 миллиардов кВт х ч электроэнергии в год. Это меньше, чем за год падает в виде излучения на участок Москвы размером 5 х 5 км.

Всё человечество выработало за 2019-й год около 27 000 ТВт х ч электроэнергии. Эквивалентно поглощению солнечного излучения 27 000 000 000 кв. м земли на широте Москвы. Кажется много, но это участок земли размером 165 х 165 км.

Влияние человека по сравнению с Солнцем смехотворно, его можно не принимать в расчёт. Просто в мире есть такие люди, которые придумают любую Грету Тумберг, чтобы провести свои весьма корыстные интересы в жизнь.

Теплопроводность вакуума действительно равна нулю при этом, вакуум пропускает излучение полностью. Человек замерзает, когда его тепловые потери выше тепла, поступающего из окружающей среды. Космос же, вдали от звёзд, заполнен реликтовым излучением с температурой ~2.7 K, что пренебрежимо мало, чтобы компенсировать тепловые потери.

Оценим, за какое время может замёрзнуть среднестатистический человек в космическом вакууме без защитного скафандра. Параметры человека: масса m = 70 кг, площадь поверхности S = 1,9 м². Из закона Стефана-Больцмана, любое тело с температурой Т (в Кельвинах) в термодинамическом равновесии излучает инфракрасное (тепловое) излучение с энергетической светимостью Q = εσT⁴, где σ = 5,67×10⁻⁸ Вт/(м²⋅К⁴), а ε − излучательная способность (ε = 0, если человек в исправном скафандре, и ε = 1, если он абсолютно “чёрное тело”). Возьмём ε = 0.9 (человек голый).

Посчитаем, за какое время, человек при начальной температуре Т₀= 36,6 °C (или 309,75 К), превратится в глыбу льда с температурой T₁= 0 °C (или 273,15 K) при условии, что он на 80% состоит из воды. Изменение тепловой энергии человека оценим из ΔQ₀ = cm(Т₀ – T₁) с дополнением (Lm) энергии, на случай полного оледенения. Время охлаждения человека от Т₀ до T₁ оценим из приближения  t=ΔQ₀/<Q>,  где <Q> = S⋅[Q(Т₀) + Q(T₁)]/2.

Подставив нужные параметры в формулы, получим, что: 

• за 20 мин температура тела опустится до 32 °C (потеря сознания).
• за 3 часа температура тела опустится до 0 °C.
• за 10 часов человек превратится в глыбу льда с температурой 0 °C.
• В космосе жутко холодно, без скафандра. Скафандр же отражает тепловое излучение, возвращая его человеку в необходимом для комфорта количестве.

P.S. Здесь не рассмотрены медицинские проблемы, связанные с кожным покровом человека в вакууме и соответственно с интенсивным испарением влаги с кожи. А это, в свою очередь, дополнительный источник охлаждения тела.

P.P.S. В комментариях рассерженно спрашивают: — “В расчетах учтены только потери, но человек и тепловая машина тоже.”

Учтём и это. Итак человек потребляет около 2,5 ккал в день, что соответствует 120 Вт мощности. Голое тело с температурой Т₀ = 36,6 °C, согласно закону С-Б выше, обязано излучать тепловое (инфракрасное) излучение с мощностью S⋅Q = 900 Вт. Если вы сидите дома голый на диване при температуре T = 25 °C, то от окружения (воздух и стены с потолком, ε = 1) ваше тело на халяву получает S⋅Q* = 850 Вт тепловой мощности. Таким образом остаток, около S(Q − Q*) = 50 Вт, легко компенсирует ваш организм мощностью 120 Вт. А теперь вы в космосе и голый (Ужас!). Окружающая среда имеет температуру реликтового излучения (−270,4 °C) и нечем компенсировать тепловые потери с поверхности тела (900 Вт), т.е. энергии на халяву нет. В этих условиях ваш организм, как тепловая машина (120 Вт), сломается через 20 мин (см. таблицу выше). Нечего голым в космос ходить.

Вопрос интересный. Гипотетически, почему бы и нет. Но для развернутого ответа придется весьма глубоко погрузиться в антропологию и эволюционную теорию, чтобы для начала понять, почему именно человек обрел разум, а не дельфины или попугаи, скажем.

Ключевыми факторами развития мозга (и как следствие – цивилизации) называют следующие:

1. Белковая пища. На одной траве мозг работать не может. Именно изменение рациона в пользу мяса считается специалистами одним из главных факторов роста объема мозга. Антропологические находки эту гипотезу подтверждают.

2. Социальный образ жизни. Многие специалисты связывают развитие мозга с необходимостью понимать и предсказывать поведение соплеменников. Т.е. общественный образ жизни первых людей во многом обусловил развитие их мозга. Вороны, например, тоже весьма умные птицы, то степень их социального взаимодействия намного ниже.

3. Необходимость совершать действия, связанные с мелкой моторикой. Есть версия, что прямохождение, которое изначально использовалось просто для лучшего обзора в саванне – т.е. человек просто кратковременно привставал примерно так же, как это делают современные шимпанзе – впоследствии позволило освободить руки для инструментов. Или даже изначально развилось именно как способ носить в руках, например, детенышей, т.е. даже раньше, чем человек слез с деревьев.

4. Занятость многих экологических ниш. Это сегодня человек – “царь природы”. А когда-то люди делили пищу со стервятниками. Как и почему так получилось – это отдельная тема. Но факт таков, что у человека было немало естественных врагов и огромное число других видов, с которыми он был вынужден конкурировать за пищу. Фактически, лысая обезьяна шарахалась от каждой тени, ела, что придется, и обгладывала кости после гиен. В таких условиях как раз мозг и мог бы дать то небольшое преимущество, которое позволило бы чуть эффективней питаться (например, не обгладывать кости, а срезать остатки мяса острым камнем), чуть лучше взаимодействовать с соплеменниками (а отсюда и до охоты недалеко) и т.д.

5. Огонь. Тепловая обработка пищи значительно повысила ее усвояемость, и снизила риск заражения паразитами. Фактически, человек смог питаться лучше с меньшими затратами.

Давайте теперь посмотрим, могут ли рептилии стать разумными и создать цивилизацию.

С белком проблем не будет. Рыбы в воде много. Социальность наблюдается, например, у дельфинов, поэтому нет причин, почему ее не может быть и у рептилий. А вот дальше начинаются проблемы.

С мелкой моторикой в воде сложно. Для движения в воде не выгодно иметь пальцы. Выгодно иметь перепонки, которые точности мелкой моторики явно не способствуют. Кроме того, в отличие от прямохождения, которое при прочих равных может быть даже быстрее, чем бег на четырех, отдавать две конечности в воде исключительно под манипуляции с предметами чревато. Не снизится ли скорость передвижения слишком сильно?

Кроме того, гуманоидность под водой тоже особо не нужна и даже мешает. Т.е. наши двоякодышащие гуманоиды должны были бы вернуться в воду с суши, как это сделали те же дельфины, но вместо отращивания хвостов и плавников, отрастили мозги по какой-то причине.

Можно было бы попробовать развить следующую версию. Некая раса рептилий (причем уже прямоходящих, что само по себе странно) была вынуждена вернуться в воду по причине климатических изменений. Начали с мелководья, а через пару миллионов лет эволюционировали и до глубокой воды. При этом мозг должен был развиться уже после возвращения в воду. Предположим, в воде уже на тот момент все ниши были заняты, и рептилоидам приходилось прозябать на мелководье, спускаясь на рейды вглубь лишь эпизодически.

Человеческая цивилизация появилась вокруг сельскохозяйственных центров (междуречье, Нил и т.д.). Здесь можно предположить нечто похожее. Выращиваем водоросли и разводим рыбу, потому что это проще, чем нырять за ней в опасные глубины.

И однако есть проблема. Развитие хватательных конечностей в случае рептилий совсем не очевидно. Зачем бы им нужны были пальцы? Особенно после возвращения в воду? Нет для этого эволюционных причин. А без пальцев нет инструментов. Нет инструментов – нет развития.

Ну и, наконец, по-настоящему крутую цивилизацию сложно вообразить без обработки металлов. А у нас тут вода. Ни добыть, ни расплавить. Наше пятое ключевое условие здесь просто невозможно реализовать. Поэтому в лучшем случае, я думаю, мы могли бы наблюдать социальных животных типа тех же дельфинов, но никак не полноценную цивилизацию. Без инструментария это невозможно.

Неправильно поставлен вопрос. Для того, чтобы были известны результаты столкновения необходим не только радиус, но угол удара, плотность и скорость столкновения.

Но, допустим, астероид диаметром 6 километров (одна тысячная радиуса Земли) с плотностью простого камня, под углом 90 градусов со скоростью 30 км/cек.

Итак. Диаметр кратера будет под 150 километров, а глубина 1,5. (при условии, что перед этим пройдет толщу воды Тихого океана!) Вспышка будет настолько сильна, что все, что может сгореть, сгорит. Все живое в восточном полушарии погибнет. По побережью Тихого океана пройдет землетрясение баллов под 6-7. Через час придет ударная волна. Деревянные здания, мосты, все стекла в зданиях покрепче будут уничтожены. Почти все деревья будут повалены. Через два часа до побережья дойдет гигантская волна высотой в 200 метров.Как-то так, в общем.

А еще посталкивать астероиды с Землей можно тут: purdue.edu