Будет водой открытом космосе

Что произойдет с водой в открытом космосе

Представить, что такое открытый космос, несложно. На ум первым делом приходят картины сверкающих где-то очень далек звезд в темноте, яркое солнце, от ультрафиолетовых лучей которого теперь нет никакой защиты, и холод, от которого в жилах стынет кровь. Причем действительно так и есть, так как температура в космосе, несмотря на солнечное излучение, является нулевой, и далеко не в той шкале температур, к которой мы привыкли. Так что же произойдет с обычной водой, находившейся до этого в нормальных условиях, в этом вакуумном и безжизненном пространстве?

Немного о температуре

В космосе самое сложное — это соблюсти баланс температур. Живя на Земле, мы не способны в полной мере ощутить на себе то, как остывает окружающая среда. Атмосфера Земли защищает нас от таких перепадов, она удерживает от того, чтобы погрузиться в холод и мрак, те места, где Солнце в данный момент не светит, и в ужасную жару бережет людей там, куда его лучи попадают. Фактически без атмосферы или с очень слабой атмосферой наша планета походила бы на Марс, где смена дня и ночи, лета и зимы ощущается разительно.

Температуру космоса принято считать нулевой, но не по Цельсию, а по Кельвину. Для понимания, ноль в этой шкале измерения равняется -273,15 °С — то есть абсолютному минимуму, которого вообще можно достигнуть (у холода есть предел, тогда как у жары ученые его пока не смогли найти). Однако это не совсем точная цифра. Дело в том, что реликтовое излучение все же согревает немного пространство, а значит, температура космоса немного выше — -270 °С. Но что же все-таки станет с водой в подобной ситуации?

Вода в открытом космосе

Как бы нам ни хотелось провести аналогию с нашей реальностью, практика показывает, что вода в открытом космосе будет вести себя по-другому. Логично предположить, что она моментально замерзнет, ведь в холодных условиях она застывает и кристаллизуется, а в очень холодных — очень быстро кристаллизуется. Однако есть еще один фактор, который нельзя игнорировать. Давление в космосе невероятно мало, а при этом вода начинает закипать, превращаясь в газ. И задачка моментально стала во много раз труднее.

Закипит или застынет — вот в чем вопрос

Ответ на вопрос необходимо искать в физике. Замерзнуть моментально вода попросту не сможет, в том числе и из-за ее теплоемкости или своеобразной «памяти» она будет держать свое тепло до последнего. Под влиянием вакуума сила поверхностного натяжения, которая обычно удерживают воду на месте, не давая ей распространиться дальше, вода образует небольшие водяные сферы, в которых площадь охлаждения окажется очень маленькой, и соответственно, замерзать она будет медленнее.

Что же насчет газообразного состояния? Здесь все тоже просто, и в итоге получается подобная схема. Как только воду выливают в космос, она моментально обращается в газ, затем медленно замерзает, превращаясь в своеобразные кристаллы, повисшие в бесконечном темном пространстве.

Источник

Что случится с водой в космосе?

Итак, недавно мы обсуждали, почему на Марсе нельзя снимать скафандр и дышать через трубку? Температура то там временами практически земная!

Что произойдет, если жидкую воду выплеснуть в космос? Вода окажется одновременно при очень низком давлении и очень низкой температуре. И что с ней произойдет? Замерзнет или мгновенно вскипит, превратившись в газ?

Самое интересное, что космонавты на МКС достаточно часто видят в реале, что происходит с жидкостью в открытом космосе…

Основной ответ можно получить вспомнив про теплоемкость воды.

Космос холоден, но даже в межгалактическом пространстве вода очень неплохо сохраняет то тепло, которое ей когда-то сообщили. Резко охладить ее до температуры, близкой к абсолютному нолю, невозможно — слишком велика разница между комнатной (293 К) и средней по космосу. К тому же в момент, когда вода окажется в безвоздушном холодном мраке, силы поверхностного натяжения сформируют водяные сферы, и площадь охлаждения станет минимальной.

Таким образом процесс охлаждения будет идти невероятно медленно — по крайней мере до тех пор, пока каждая молекула не окажется сама по себе, вдалеке от других уголков H2O.

А что помешает молекулам воды кинуться врассыпную? Ведь давление станет пренебрежимо мало, и переход в газообразное состояние может произойти совершенно мгновенно! Когда же молекулы или группы молекул воды окажутся относительно далеко друг от друга в облаке газа, они мгновенно растеряют кинетическую энергию, и их температура резко упадет. В каком агрегатном состоянии вода окажется тогда? Чтобы ответить, взглянем на фазовую диаграмму воды. Из нее видно, что если температура падает до -50°C, то никакое низкое давление уже неспособно сделать ее жидкой или газообразной.

Итак, последовательность событий такова: попадая в открытый космос, вода сначала мгновенно становится газообразной, а затем замерзает в виде крошечных льдинок, заполняющих межзвездную пустоту.

Можно ли увидеть это в реальной жизни? Оказалось что да. По словам астронавтов МКС они много раз наблюдали этот эффект, когда выпускали в открытый космос… мочу из космического корабля!

Когда астронавты, сходив «по маленькому», освобождают космическую станцию от лишнего балласта и отправляют свою мочу в открытый космос, по их словам, она очень бурно кипит. А затем пар почти мгновенно переходит в фазу твердого состояния, и в конечном итоге в космосе получаются такие небольшие облака очень мелких кристаллов замороженной мочи…

Источник

Что случится с водой в космосе: замерзнет или испарится?

Космос — это пространство с рекордно низкой температурой и давлением. В таких условиях не может существовать вода и любое другое вещество в жидком состоянии. Что будет с водой, специально спущенной в космос? Она замерзнет или испарится?

Кипение и замерзание воды при нормальных условиях

Нормальными условиями считается давление, равное 760 мм рт. ст по ГОСТу (равняется атмосферному давлению) или же 100 кПа по ИЮПАК (используется для проведения химических и физических опытов). При нормальном давлении вода кипит при температуре 100°С, а замерзает — при 0 °С. Однако, изменение давления в большую или меньшую сторону изменяет температуру кипения воды с определенной тенденцией.

Парадоксы низкого и высокого давления

На кипение воды сильнее всего влияет не температура, а давление. Если его повысить по сравнению с нормальным, то вода закипит при температуре, которая больше 100°С (температуры кипения воды при обычных условиях). Если его понизить, то вода закипит при температуре, которая ниже 100°С. В космосе давление низко настолько, что условия почти напоминают вакуум. В такой ситуации вода, попавшая в космос, мгновенно закипит. Но что произойдет с ней дальше?

Может ли замерзнуть кипяченая вода?

В процессе кипения вода излучает тепло и отдает большую его часть, которая заключена в химических связях. Это понижает температуру жидкости. Если она находится в сосуде, то она может замерзнуть — покрыться коркой льда. Однако, такое возможно лишь тогда, если емкость имеет узкое горло и расширяется к низу. Замерзшая жидкость начнет сублимироваться — переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое. Вода целиком превратиться в пар.

Если жидкость не находилась в сосуде, а была в свободном состоянии, то произойдет двоякая ситуация. Одна часть воды быстро испариться, а вторая успеет стать микроскопическими частичками льда.

Именно из-за экстремально низкого давления в открытом космосе не существует жидких веществ. В нем можно найти только газообразные или твердые.

В космосе вода проходит через ряд сложных этапов. Сначала она нагревается из-за очень низкого давления, а затем отдает тепло и охлаждается. Когда-то она достигает такого низкого значения, что замерзает окончательно. Однако, на этом этапе превращения вещества не прекращаются. После окончательного замерзания вода начинает испаряться, превращаясь в газообразное состояния, минуя жидкое. Этот процесс называется сублимацией. Таким образом, в космосе вода может существовать только в двух состояниях: газообразном и твердом.

Источник

Ведро воды в космосе: замёрзнет или испарится?

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.

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.

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

uCrazy.ru

Навигация

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

КАЛЕНДАРЬ