Представьте себе, что вы оказались на космической станции и вам приспичило вынести с собой в открытый космос ведро с водой. Что произойдёт и какие интересные эффекты мы будем наблюдать? Эту задачку-загадку порой любят загадывать экзаменаторы по физике, да и на форумах она обсуждается. Ответ не так прост, как может показаться на первый взгляд.
Первым делом нужно проанализировать, что меняется в космосе относительно нормальных условий на Земле. Это, конечно же, отсутствие внешнего атмосферного давления, низкая температура и отсутствие теплопроводности у среды. При этом отметим сразу, что с самим ведром ничего не случится. Нас интересует вода.
Помните забавный школьный опыт, в котором мы помещаем в закупоренный шприц воду (в небольшом количестве), а затем начинаем тянуть поршень на себя? Вода при этом закипает. Это случается из-за отсутствия внешнего давления. Явление можно объяснить просто - пока на слой жидкости давит атмосферное давление, тепловое движение частиц сдерживается им и жидкость находится в равновесии. Как только внешнее давление пропало, движение частиц очень быстро заставляет воду кипеть.
В космосе мы ожидаем увидеть такой же процесс. Но там есть ещё фактор температуры. В открытом космосе холодно и, что главное, нет теплопроводности. В обычных условиях теплопроводность воздуха обеспечивается его частицами, а в космосе этого нет.
При этом из учебника физики мы знаем, что для того, чтобы кипение происходило, требуется постоянный подвод тепловой энергии. Кипение происходит при постоянной температуре. Баланс выдерживается только благодаря тому, что есть внешний источник тепла (чайник или нагреватель). Если к системе не подводить тепло, то она начинает остывать и в обычных условиях кипение прекращается. Здесь картинка интереснее.
Вода в космосе не может замерзнуть мгновенно, так как нет среды для теплопроводности и остывать "некуда". При этом спустя долгое время энергия всё-таки будет отводиться посредством излучения, поэтому рано или поздно вода всё-таки замёрзнет. Но в отсутствии внешнего давления вода быстро закипает. Получить тепловую энергию ей неоткуда, при этом процесс кипения не прекратится даже при достижении критически низкой температуры. Система начинает быстро остывать и в итоге вода замерзнет. Но и тут не всё так линейно.
Над слоем воды в ведре образуется ледяная корка. Давление под коркой льда выровняется. Кипение прекратится и приостановится замерзание. Дальше система продолжит остывать, но делать это будет очень медленно. Основной механизм теплопередачи тут - излучение.
Параллельно с этим будет происходить сублимация. В отсутствии внешнего давления лёд будет испаряться, минуя жидкую фазу. Корка льда начнёт испаряться сразу. Замерзающая вода будет испаряться пропорционально расходованию корки льда над ней. В итоге вся вода из ведра испарится.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
👉💖 Ставьте лайки материалу, чтобы поддержать проект.
✅ Подписывайтесь на ДЗЕН (!!!) и обязательно читайте статьи целиком!