Сосуд с водой выносят из орбитальной станции в открытый космос
Первый ответ на вопрос, что станет с водой в открытом космосе, широкой публике дал известный американский писатель-фантаст Айзек Азимов. В его рассказе “Заброшенные у Весты” уцелевшие обитатели осколка космического корабля смогли совершить посадку на астероид, благодаря созданию ракетного двигателя из струи жидкости. Для этого одному из героев пришлось проплавить внешнюю стенку корабельного бака воды. По утверждению героя рассказа, вода одновременно кипела и сублимировалась в вакууме.
Источник изображения: wisgoon.com
А как происходит на самом деле?
Всем известно, что с падением давления точка кипения воды становится все ниже и наоборот, при повышении давления точка кипения растет. При атмосферном давлении вода закипает при привычных нам 100 градусах Цельсия. Если давление увеличить вдвое, то вода закипит уже при 120 градусах (это было прекрасно известно кочегарам паровозов). А вот если давление упадет до 0,07 атмосферного, то вода закипит при комнатной температуре.
Вода в условиях вакуума практически сразу начинает кипеть. Источник изображения: nextews.com
В космосе давление настолько низкое, что его невозможно обнаружить самыми точными земными приборами. Собственно о величине давления в космосе невозможно судить по прямым измерениям, физики в этой ситуации используют различные косвенные методы для определения его значения. Исходя из этого факта можно предположить, что вода в условиях практически идеального вакуума должна мгновенно закипеть.
Все не так просто, как кажется…
Главным фактором вызывающим замерзание воды является температура внешней среды. А в открытом космосе эта температура крайне низкая — примерно 2,7 градуса по Кельвину (рекордные места космоса по холоду имеют и вовсе температуру лишь на полградуса выше абсолютного ноля).
Карта реликтового излучения. Источник изображения nasa.gov
Температура открытого космоса обеспечивается реликтовым излучением, это остатки тепла Вселенной после Большого Взрыва. Такой холод, с другой стороны, должен вызвать мгновенное замерзание жидкости.
Итак, рассмотрение 2 противодействующих факторов — космических давления и температуры не дают однозначный ответ о поведении воды в открытом космосе. В такой ситуации на первый план выходят теплоемкость воды и ее теплопередача. Оказывается теплоемкость воды очень высока, а вот скорость передачи тепла (или его потери) у воды относительно низкая. Охлаждаться же могут только те молекулы, которые непосредственно контактируют с вакуумом. Молекулы же внутри жидкости просто не могут терять температуру.
Но и это еще не все…
Неожиданно в игру включается еще один фактор — силы поверхностного натяжения жидкости. В космосе не только почти полный вакуум и крайне низкая температура, но еще и невесомость. Вся жидкость мгновенно примет шарообразную форму, значит количество молекул подвергающихся охлаждению еще больше уменьшится.
В невесомости жидкость принимает форму шара. Источник изображения: omactiv.md
А вот внутренняя энергия воды останется неизменной. Дальше следует вспомнить, что даже в мороз вывешенная одежда высыхает, так как часть молекул воды всегда имеют достаточно энергии для испарения. И это происходит при нормальном давлении. А в начальный момент энергией для испарения в условиях космического вакуума обладают практически все молекулы жидкости. Охладиться от вакуума они не могут, поскольку с ним не контактируют находясь внутри жидкости, а теплопередача для этого слишком мала.
Что же получается?
Итак, охладиться есть шанс только у молекул находящихся на поверхности жидкости и непосредственно контактирующих с космическим холодом. А практически все остальные молекулы воды имеют внутреннюю энергию достаточно для кипения, ведь давление в космосе ничтожно.
Источник изображения: yousense.info
Раз внутренней энергии достаточно, то она и сыграет первостепенную роль. Вода, помещенная в открытый космос мгновенно вскипит. Молекулы жидкости устремятся в различные стороны и непосредственно войдут в контакт с космическим холодом. Начнется быстрое охлаждение. Только что вскипевшая вода станет стремительно замерзать. В итоге мы получим мелкие льдинки стремящиеся разлететься, ведь импульс у частичек жидкости полученный при кипении никуда не делся.
В результате ответ на вопрос, что произойдет с водой в открытом космосе, звучит так — сначала вода мгновенно вскипит, затем быстро превратится в разлетающиеся частички льда. А Айзек Азимов в своем описании реактивной струи из воды был практически прав.
Источник
- Главная
- Вопросы & Ответы
- Вопрос 6763958
Энджелл
более месяца назад
Просмотров : 13
Ответов : 1
Лучший ответ:
Мари Умняшка
Решение. После открывания сосуда давление в нем упадет практически до нуля, и ничто не помешает расти возникающим в воде пузырькам с паром Вода бурно закипит. Процесс парообразования идет с поглощением энергии, поэтому вода будет быстро охлаждаться. В результате в сосуде одновременно с кипением будет идти и «противоположный» процесс — замерзание воды.
более месяца назад
Ваш ответ:
Комментарий должен быть минимум 20 символов
Чтобы получить баллы за ответ войди на сайт
Лучшее из галереи за : неделю месяц все время
Другие вопросы:
Мари Умняшка
Кто является главным героем сказки? А можно ли назвать князя Гвидона настоящим сказочным героем? Кто является главным героем сказки?
А можно ли назвать князя Гвидона настоящим сказочным героем?
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 25
Ответов : 1
Главный Попко
Перечисли все чудеса, которые происходят с царевичем и его матерью. Подтверди свой ответ строчками из текста. Перечисли все чудеса, которые происходят с царевичем и его матерью. Подтверди свой ответ строчками из текста.
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 9
Ответов : 1
Пармезан Черница
Судя по этому отрывку, это волшебная сказка или сказка о животных «Сказка о царе Салтане…»? Судя по этому отрывку, это волшебная сказка или сказка о животных «Сказка о царе Салтане…»?
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 19
Ответов : 1
Энджелл
Как ты понимаешь выражение «растёт не по дням, а по часам»? Оно использовано в сказке в прямом или переносном смысле? Как ты понимаешь выражение «растёт не по дням, а по часам»? Оно использовано в сказке в прямом или переносном смысле?
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 20
Ответов : 1
Таня Масян
Кем ткачиха с поварихой приходятся молодой царице? Почему они с сватьей бабой Бабарихой подменили гонца? В чём причина их ненависти Кем ткачиха с поварихой приходятся молодой царице?
Почему они с сватьей бабой Бабарихой подменили гонца? В чём причина их ненависти к царице? Найди строчки, в кот…
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 33
Ответов : 1
Источник
Андрей Дегтярёв
11 апреля 2017 · 58,8 K
программист, предприниматель
Смотря как выпустить. Если под давлением выбросить из какой-то ёмкости, то вода разлетится на множество мелких и крупных капель, каждая из которых примет форму почти идеального шара и будет двигаться примерно в том направлении, в котором вылетела.
Если воду выпустить очень аккуратно, то она сформирует один огромный шар, который будет колебаться и вибрировать, но удерживаться силами поверхностного натяжения. На такой шар будет крайне интересно посмотреть.
Фронтенд разработчик, технарь
Скорее испарится. В космосе не очень холодно. Но очень сухо.
По мере испарения температура будет снижаться, и середина шара наверное замерзает,
Предполагаю что скорость испарения будет быстрой, и шар замерзает сильно неровным куском
В космосе бывает очень по-разному в зависимости от того, где ты находишься относительно звезды. Банальный пример -… Читать дальше
Зачем космонавтов отправляют на орбиту Земли? Чем они занимаются? Какую приносят пользу?
Среди работ, проводимых на станции, можно выделить три основных направления. Первое — это проверка всех систем, их починка или же плановая замена сменных компонентов. Американские астронавты даже шутили, что работа на МКС похожа на гигантский космический автосервис:всем системам требуются смена фильтров и регулярное тестирование.
Второй вид работ — это погрузочно-разгрузочные. С космическими грузовыми кораблями прилетает несколько центнеров еды, воды и оборудования для экспериментов. Разгрузка каждого из таких “грузовиков” превращается в длительное и малоувлекательное занятие —требуется все коробки и упаковки по одной перенести в нужный отсек и закрепить их там. Нельзя просто забросить еду в технологический отсек и оставить её летать в условиях пониженной гравитации: потом просто нельзя будет ничего найти. Космос приучает к аккуратности.
Третий вид рабочей деятельности — это проведение научных экспериментов. Еженедельный план экспериментов и их описание публикуют здесь.
Более подробно с распорядком дня космонавтом можно ознакомиться здесь.
Прочитать ещё 1 ответ
Что будет, если огромный (1/1000 радиуса Земли) метеорит упадет в Тихий океан и будет гигантский всплеск воды, как изменится все на планете?
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
Прочитать ещё 3 ответа
Возможно ли, совершая прыжок с космической станции (допустим, МКС), имея скафандр и парашют, не сгореть в атмосфере и успешно приземлиться?
Сусанна Казарян, США, Физик
Мой ответ лишь дополнение к ответу летчика-космонавта Андрея Борисенко и связан с интерпретацией “больших тепловых нагрузок” на объект, входящий в атмосферу на орбитальных скоростях.
Космические объекты на входе в атмосферу (Линия Кармана, высота около 100 км) обладают скоростью более более 7 км/сек, что эквивалентно числу Маха М > 23 (скорость звука на этих высотах атмосферы немногим ниже 300 м/сек). Поэтому сразу же перед объектом формируется гиперзвуковая ударная волна, на фронте которой образуется огромный скачок давления и температуры. Формулы для расчётов параметров фронта волны весьма громоздки. Поэтому оценим температуру на фронте ударной волны из упрощённых рассуждений.
Объект, сталкиваясь с гиперзвуковой скоростью с молекулами в составе воздуха, передаёт им свою скорость (> 7 км/сек), что соответствует температурам более 65000 °C для молекул азота в составе переднего фронта ударной волны. Колоссальная температура и высокое детонационное давление на фронте ударной волны, несмотря на очень тонкий слой (2 ÷ 10 мкм) переднего фронта, достаточен для плавления и даже испарения поверхностного слоя (металл и минералы) космического объекта (обшивка корабля, метеориты). Малая часть этой энергии идёт на яркий (более 10 раз ярче Солнца) световой шлейф под восторг восхищённых зрителей на земле.
Для инопланетных кораблей на входе в атмосферу советую поставить дорожный знак: ⚠️ Осторожно. Атмосфера. Сбавь ход, всяк сюда входящий.
Прочитать ещё 41 ответ
Что будет с водой, если вылить её из стакана на орбите Земли?
Способы заработка в интернете https://wrabotanet.ru
Вода наверное замёрзнет в один момент, врать не буду. Но для детей очень большое счастье если Вы станете дедом морозом! Нужно лишь скипятить чайник зимой, желательно при температуре минус 20 и ниже по цельсию. Выйти с детьми на улицу и по дуге выплеснуть этот чайник или бокал, в который налит кипяток (с холодной водой это не получиться). Поверьте, для детей Вы кумир!
Прочитать ещё 1 ответ
Источник
Недавно от одного из подписчиков нашего телеграм канала я получил следующий вопрос:
Известно что понижение температуры вещества осуществляется за счёт поглощения энергии другим веществом. В космосе – почти вакуум, а значит, не смотря на низкую температуру, замерзание невозможно. Что же случится с ведром воды, гипотетически вылитым в открытый космос?
Давайте разберёмся вместе, что же произойдёт.
Температура разреженного вещества в космическом пространстве сильно колеблется в зависимости от того где это вещество находится. Для простоты наших рассуждений будем рассматривать ситуацию, когда наше ведро с водой оказалось на орбите Земли, в её тени, где температура может опускаться до минус 170 градусов.
Возможно ли охлаждение в космическом вакууме?
Существует три типа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Для первых двух способов необходимо, чтобы тело ( в данном случае жидкая вода) находилось в прямом контакте с каким-либо другим телом. Только при наличии контакта происходит передача тепла, Так например в земной атмосфере вода в ведре обменивается теплом со стенками ведра и воздухом атмосферы.
А вот тепловое излучение работает независимо от наличия вещества вокруг тела. Любое нагретое тело постоянно испускает тепловое излучение. Тепловое излучение «разлетается» во все стороны и тепло передаётся любому другому телу, которое окажется на пути этого излучения. В условиях вакуума тепловое излучение является единственным механизмом теплопередачи. Именно этим способом тепло передаётся например от Солнца к Земле. Поэтому охлаждение и замерзание вещества в космосе вполне возможно. Вещество будет просто испускать излучение уменьшая свою температуру.
«Странное» кипение в вакууме.
Температура, при которой жидкость закипает, зависит от давления окружающей среды. Так если увеличить атмосферное давление в 2 раза, то вода закипит при температуре около 120 градусов, а если снизить давление до 7% от нормы, то вода закипит уже при 20 градусах Цельсия. Этот факт хорошо известен например альпинистам: вода высоко в горах закипает не достигнув 100 градусов по Цельсию. В условиях космического вакуума давление настолько низкое, что его невозможно зафиксировать прямым измерением. Вода в таких условиях мгновенно закипит независимо от температуры и, как ни странно, именно это может привести её к замерзанию.
Кипящая вода при температуре 20 градусов в условиях низкого давления
Как кипящая вода может замёрзнуть?
За счёт кипения вода будет отдавать огромное количество тепла и её температура будет быстро снижаться, намного быстрее чем от теплового излучения, каждый, кто хоть раз выпускал из баллона с дезодорантом много газа за раз, мог ощутить, насколько жидкость в баллоне охлаждается при этом. Аналогичная ситуация и с кипением воды.
В зависимости от формы и размеров емкости вода может успеть покрыться ледяной коркой, которая предотвратит дальнейшее кипение и вода будет медленно остывать за счёт теплового излучения, но для этого посудина должна иметь большой объём и узкое горлышко, как например у винной бутылки. После этого в условиях вакуума вода будет сублимировать, то есть переходить из твёрдого напрямую в газообразное состояние. Со временем весь лёд перейдёт в газообразное состояние, так что, можно сказать, что вода сначала частично испарится, потом замёрзнет, а потом испарится полностью.
А что будет, если отправить воду в космос без посудины?
Если же мы выплеснем ведро воды в космосе, то защитная корка не сможет образоваться, вода будет разбросана кипением в окружающее пространство в виде мелких капель, часть воды быстро испарится, а остальная образует микроскопические кристаллы льда, которые, в свою очередь, также будут сублимировать вплоть до полного испарения.
Авторы: астрофизик Фёдор Карасенко, кандидат технических наук Александр Петров
Подписывайтесь на наш канал здесь, а также на наш канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где мы отвечаем на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!
Источник