Почему жидкость кипит в вакууме: Кипение жидкости в вакууме? — Хабр Q&A

-16 Па) при любой температуре, главное, чтобы вещество было в жидком состоянии. Но, есть небольшая загвоздка. Вы, наверно, знакомы с понятием скрытая теплота парообразования (или конденсации — одно и тоже). Так вот именно из-за неё при доведении жидкости в чайнике при атмосферном давлении до температура кипения, температура пароводяной смеси не будет повышаться, пока вся вода не выкипит. Как вы знаете, температура — хаотическое движение молекул. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы и тем больше их энергия. При доведении жидкости до кипения из неё вылетают самые быстрые молекулы, а остаются самые медленнее, именно поэтому температура не меняется, но чтобы выбить молекулы из вещества нужна эта самая энергия. Когда мы помещаем жидкость в вакуум из-за очень низкого давления температура кипения жидкости падает до температуры замерзания (если правильно, то кристаллизации). С водой это происходит уже при давлении 610 Па. Но если вакуум очень глубокий, то температура кипения падает ниже температуры кристаллизации. Т.е. в таких условиях жидкость любой температуры будет нагрета выше температуры кипения и мгновенно закипит. И тут вступает в дело скрытая теплота парообразования. Когда жидкость закипает, чтобы молекулы вылетели с поверхности жидкости им нужно передать энергию, а именно скрытую теплоту парообразования. Но в данной ситуации нет никакого нагревателя. Поэтому когда жидкость испаряется, она черпает энергию из самой себя. Т.е. когда жидкость испаряется остальная её ещё не испарившаяся часть охлаждается, поэтому из 1 кг жидкости, имеющей начальную температуру 0 Цельсия, 12% массы всей жидкости испарится, а остальные 88% превратятся в лёд. Такое следствие можно получить из уравнения теплового баланса. Вот, если разбираетесь:

330 кДж/кг это скрытая теплота кристаллизации (или плавления) вещества. Чтобы жидкость перешла в твёрдую фазу от неё надо отвести такое количество энергии на 1 кг. Сейчас объясню что это. Когда у нас есть твёрдое тело, то чтобы разрушить структуру кристаллической решётки и превратить его в жидкость, нам надо подвести какое-то количество теплоты к телу, замечу, что температура не будет меняться. Она начнёт меняться только тогда, когда вся твёрдая фаза перейдёт в жидкость. Т.к. молекулы друг с другом взаимодействуют, нужна энергия, чтобы их колебания были настолько велики, что силы скрепляющие молекулы уже не позволили бы задать строгий порядок их расположения. А теперь рассмотрим обратный процесс. Чтобы не нарушать закон сохранения энергии, надо чтобы теплота кристаллизации была равна теплоте плавления, иначе возможно было бы создание вечного двигателя. Молекулы образуют потенциальные ямы. И даже если жидкость охладилась до температуры плавления, то она не кристаллизуется. Молекулы имеют ещё достаточную кинетическую энергию, чтобы вылететь из потенциальных ям соседних молекул в которые они попадают. А эта энергия пропорциональна массе вещества, потому что по мере отдачи тепла жидкость постепенно переходит в кристаллическую структуру.

При какой температуре в вакууме кипит вода

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Одноклассники

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «При какой температуре в вакууме кипит вода». Также Вы можете бесплатно проконсультироваться у юристов онлайн прямо на сайте.

В таблицах температура кипения воды или другой жидкости при нормальном атмосферном давлении приводится как одна из основных физических характеристик. Температура кипения (Тк) на самом деле равняется температуре пара, который находится в насыщенном состоянии прямо на границе между водой и воздухом. Сама вода, если быть точным, нагрета чуть-чуть больше.

Известно, что при нормальном атмосферном давлении вода закивает при температуре 100 градусах C. Нормальное атмосферное давление составляет 101,325 кПа.

Почему соленая вода закипает быстрее?

Итак, шприц наполнен. Возьмем его носиком вверх и выдавим из шприца весь воздух. Если пузырьки пристанут к стенкам, заставьте их подняться с помощью постукивания по стенкам. Теперь нужно загерметизировать носик шприца.

Первый случай мы можем наблюдать на территориях, расположенных на разной высоте над уровнем моря. На побережьях температура закипания будет составлять 100 °C, а на вершине Эвереста – всего 68 °C. Исследователи рассчитали, что при подъеме в горы каждые 300 метров температура закипания воды снижается на 1 °C.

На костре вода начинает закипать через несколько минут, так как сжигаемые дрова, выделяют намного больше тепла, чем газовая плита, да и площадь нагреваемой поверхности намного больше. Отсюда можно сделать простой вывод: чтобы добиться быстрого закипания, требуется включить газовую конфорку на максимальную мощность, а не добавлять соль.

В фармацевтическом производстве находят применение два типа ва­куум-испарителей, различающихся по способу нагрева: а) вакуум-ис­парители, в которых греющий пар находится в паровой рубашке,— шаровые вакуум-аппараты; б) вакуум-испарители с поверхностью на­грева, составленной из трубок,— трубчатые вакуум-аппараты.

Атмосферное давление непостоянно: даже на одной отметке над уровнем моря оно может меняться (помните, изменение погоды?) Но еще больше давление меняется с высотой: с высотой давление атмосферного воздуха падает, соответственно, уменьшается и температура кипения воды. Если на уровне моря вода кипит при 100°С, то на высоте 4 км — 87°С, а на высоте 6 км — уже при 80°С.

Очевидно в источнике (а именно с него скопирован текст моего ответа) вместо последнего ноля в цифре «300» должен быть напечатан маленький верхний нолик, обозначающий градусы Цельсия.

Лучший способ управлять терпкостью/горечью — регулировать время заваривания и количество заварки. Снижение же температуры часто снижает насыщенность вкуса, делая его тоньше и легче. Для зеленых чаев и улунов слабой ферментации это все может быть, но не для темных чаев, и особенно шу пуэров. Вы просто не полностью раскрываете их потенциал.

Под действием центробежной силы капельки жидкости отделяются от парового потока и собираются на дне камеры 5, откуда жидкость выводится через штуцер 7.

ПРИ КАКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПИТ ВОДА?

Много пузырьков образовывалось в месте, где поршень соприкасается с корпусом шприца. Может возникнуть впечатление, что внутрь шприца попадает воздух. Какое же это кипение?! Но это не так. Отпустим поршень, чтобы он поднялся вверх. В результате разреженное газовое пространство над водой схлопнется: над поршнем останется только вода. Может остаться небольшой пузырек воздуха, но не более.

От дна чайника к поверхности тянутся ниточки из маленьких пузырьков, действительно похожие на жемчуг. Шум немного меняется и становится как бы глуше. В перекипевшей воде остается мало кислорода, поэтому чай становится плоским и невкусным. По этой же причине воду нельзя кипятить повторно — всегда только свежая вода.

Чтобы понять физику гейзеров, напомним, что температура кипения воды зависит от давления (см. рисунок).

Выпаривае­мая жидкость заполняет все пространство под нижней решеткой, и на некоторой вы­соте все трубки, в том числе и циркуляци­онную трубу. В тонких трубках выпаривае­мая жидкость очень быстро закипает. Обра­зующиеся в ней пузырьки пара, имеющие малую относительную плотность, устремля­ются вверх, увлекая за собой и жидкость, которая с силой выбрасывается в простран­ство, занятое паром.

По мере дальнейшего увеличения высоты вновь происходит повышение температуры. Это же характерно и для термосферы, где температура, возрастая с увеличением высоты, достигает очень больших значений (свыше 1000 °С). В малоизученной области атмосферы – экзосфере – температура с увеличением высоты возрастает предположительно до 2000 °С.

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., или 101 кПа, 1 атм.) вода начинает кипеть, нагревшись до 100 ℃. Это знают все.

Температура воздуха от поверхности Земли, где она принимается равной 15 °С, до верхней границы тропосферы понижается в среднем на 6 “С на 1 км подъема. В нижней части стратосферы (до высоты 20 км) температура атмосферы остается приблизительно постоянной, а затем повышается в среднем на 1-2 °С на 1 км подъема и на верхней границе ( примерно 50 км) становится равной -2,5 °С.

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., или 101 кПа, 1 атм.) вода начинает кипеть, нагревшись до 100 ℃. Это знают все.

В химической, пищевой и других отраслях промышлен­ности иногда приходится выпаривать огромные количества жидкостей. Такое выпаривание особенно эффективно в вакууме. В некоторых случаях возможность быстро выпари­вать воду при низкой температуре имеет решающее значение: предохраняется от разложения растворенный продукт.

Температура пара при кипении воды такая же, как и самой воды. Это значение не будет меняться до тех пор, пока не испарится вся жидкость в сосуде. В процессе кипения образуется влажный пар. Он насыщен жидкими частицами, равномерно распределенными по всему объему газа. Далее высокодисперсные частицы жидкости конденсируются, а насыщенный пар превращается в сухой.

Также существует перегретый пар, который намного горячее, чем кипяток. Но его можно получить только с помощью специальной аппаратуры.

Кипение жидкости наступает тогда, когда давление пара над ней становится равным давлению воздуха или другого газа, находящегося над поверхностью жидкости. Темпера­тура кипения, следовательно,—переменная величина и зави­сит она от давления, под которым находится жидкость. Сто­ит поместить жидкость в разреженное пространство, как температура ее кипения понизится.

Когда они становятся очень прочными, воздушным пузырькам намного сложнее двигаться. Для движения вверх или вниз требуется много времени. Другими словами, если в воде находится соль, происходит замедление процесса воздушной циркуляции. В результате соленая вода закипает немного медленнее. Пузырькам воздуха не дают двигаться молекулярные связи. Вот, почему не закипает быстрее, чем не соленая.

Получайте ответы на вопросы по любой теме из области IT от специалистов в этой теме.

Кипение воды: почему, как и когда

Повышается ли в таком сосуде температура воды (движения молекул при бурлении) при той же температуре окр. среды ? Если да, то почему при изъятии воды из данного сосуда остается той же температуры ? Мы отмечали (см. §6.1), что испарение жидкости сопровождаетсяее охлаждением. Для поддержаниятемпературы испаряющейся жидкостинеизменной к ней необходимо подводитьизвне теплоту.

Утверждение демоверсий ОГЭ запланировано ФИПИ на осень 2019 года. После утверждения демоверсий мы обновим каталоги заданий в соответствии с ними.

При кипении образуется пар, который еще выше поднимает воду, заставляя ee выливаться в бассейн. Давление на нижние слои воды уменьшается, так что закипает вся оставшаяся в трубке вода. В этот момент образуется большое количество пара; расширяясь, он с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки воды из трубки — происходит извержение гейзера.

Па соответствует температура кипения воды 80 °С. Вода при температуре 90 °С начнет кипеть еще при большем давлении.

В чистую колбу наливаем дистиллированную воду и начинаем нагревать на медленном огне. С помощью электронного термометра измеряем температуру пара над водой (рис.1). Видим, что при температуре 100 °С вода не кипит. Убираем спиртовку, и в перегретую воду бросим кусочки мела (рис.2), на ее поверхности сразу образуются пузырьки.

Вопрос о том, что предпочесть, приходится решать в каждом конкретном случае. Большей частью идут по линии пониже­ния температуры выпаривания, поскольку расходы на это менее значи­тельны, чем капитальные затраты на мощную установку.

При кипении начинают образовываться пузырьки, внутри которых находится воздух и насыщенный пар. Шум закипающего чайника, кастрюли указывает на то, что пузырьки воздуха начали всплывать, затем опускаться и лопаться. Когда емкость хорошо прогреется со всех сторон, шум прекратится, значит, жидкость полностью закипела.

Зависимость температуры кипения жидкости от давления

В медицинских учреждениях кипениеводы в герметически закрытых сосудах— автоклавах (рис. 6.11) также происходитпри повышенном давлении. Поэтомутемпература кипения значительно выше100 °С.

В колбе доведем воду до кипения. Убираем спиртовку, закрываем колбу плотно резиновой пробкой. Переворачиваем колбу с водой, надежно ее закрепляем в лапке штатива.

На самом деле кипение может происходить и при более низких или высоких температурах, чем 100 градусов. По мимо температуры, не менее важное место занимает давление. Так к примеру если мы начнем подниматься в горы, давление будет уменьшаться, следовательно и температура кипения будет уменьшаться. Так как в аппараты выпарки может проникать воздух, для поддержания вакуу­ма к конденсатору присоединен вакуум-насос. Образовавшая­ся в конденсаторе вода по мере ее накопления стекает по ба­рометрической трубке, степень заполнения которой водой определяется величиной вакуума. В каждом из выпарных ап­паратов раствор кипит при пониженной температуре, так как давление в них ниже атмосферного.

Интересны задачи №828, 830831, 832,833 из А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский Сборник вопросов и задач Физика 7-9 к учебнику А.В.

Ниже показан эксперимент в одноразовом шприце на 50 мл. В принципе подойдет любой другой шприц: и больший, и меньший.

Мы затрачиваем энергию на разогрев воды или (если температура кипения будет ниже температуры окружающей среды) на выкачку воздуха, а в дальнейшем на выкачку испарившегося пара.

Чтобы быстрее приготовить еду, большинство хозяек добавляют в кастрюлю соль, до начала закипания воды. По их мнению, это ускорит процесс приготовления пищи. Другие, наоборот, утверждают, что водопроводная вода вскипает намного быстрее. Чтобы дать ответ на такой вопрос, требуется обратиться к физическим и химическим законам. Почему соленая вода закипает быстрее, чем обычная, и действительно ли это так? Давайте узнаем! Подробности в статье ниже.

Почему соленая вода закипает быстрее: физические законы кипения

Для того чтобы понять, какие процессы начинают происходить при нагревании жидкости, необходимо знать, что ученые подразумевают под технологией процесса кипения.

Любая вода, обычная или соленая, начинает закипать совершенно одинаково. Этот процесс проходит через несколько этапов:

• на поверхности начинают образовываться мелкие пузыри;
• увеличение габаритов пузырей;
• их оседание на дно;
• жидкость становится мутной;
• процесс кипения.

Наиболее совершенный способ сохранения продуктов в свежем состоянии состоит в быстром их замораживании и затем высушивании — вымораживании влаги под вакуумом. Это наиболее прогрессивный способ консервирования пище­вых продуктов.

При подъеме в горыатмосферное давление уменьшается,поэтому уменьшается температура кипения.На высоте 7134 м (пик Ленина на Памире)давление приближенно равно 4 · 104Па (300 мм рт. ст.). Вода кипит там примернопри 70 °С.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Одноклассники

Похожие записи:

Все ли жидкости кипят в вакууме?

Я принимаю ваш вопрос как

Есть ли вещество с конденсированной (твердой или жидкой) равновесной фазой при нулевом давлении?

Нет, из-за статистической физики.

Давайте рассмотрим две вещи. (1) Потенциальная энергия взаимодействия между молекулами. (2) Распределение тепловой энергии для молекул.

Потенциальная энергия взаимодействия, как правило, может быть любой формы, с притяжением, отталкиванием, экстремумами, но она всегда 0 0 на бесконечном расстоянии r → ∞ р → ∞ Это означает, что две молекулы становятся свободными, когда они достаточно далеко. Любое связанное состояние имеет энергию ниже 0 0 и любое состояние с энергией выше 0 0 не связан, так что молекулы удаляются, даже если они были близки в какой-то момент.

Распределение тепловой энергии в равновесии всегда имеет своего рода «хвост» в высоких энергиях в форме ехр ( — Е / к В T ) ехр ⁡ ( — Е / К В T ) , Это общая черта распределений Ферми-Дирака, Бозе-Эйнштейна и Максвелла-Больцмана, в то время как все различия лежат в низких энергиях. Тем не менее, нет предела энергии, выше которого вероятность для молекулы будет 0 0 ,

Эти два факта вместе говорят о том, что любая конденсированная фаза при нулевом давлении и T > 0 T > 0 потерял бы молекулы, никогда не достигнув равновесия. Хотя скорость этого процесса может быть чрезвычайно медленной и экспериментально неактуальной.

Что делает конденсированную фазу стабильной при некотором ненулевом давлении? Тогда всегда присутствуют внешние молекулы, которые компенсируют потерю испаренными молекулами.

Стоит упомянуть еще два случая. Во-первых, атомы и атомные ядра , они не стабильны? То же самое относится и к ним, но их энергия связи довольно высока, и, таким образом, вероятность испарения даже одной частицы при комнатной температуре чрезвычайно мала (показатель степени очень быстро уменьшается). Хотя при более высоких температурах они достигают равновесия в плазме и нуклонной плазме соответственно. Эти плазмы могут быть сделаны при произвольном низком давлении, тогда не было бы атомов или ядер.

Второй случай — кварки в нуклоне . Здесь энергия взаимодействия не обращается в ноль на бесконечности , поэтому нуклоны являются истинно связанными системами (при конечной температуре). Хотя это не зависит от температуры: при некоторой очень высокой температуре существует море свободных глюонов и пар кварк-антикварк, и энергия взаимодействия изменяется, становясь несвязанной на бесконечности, как это происходит в кварк-глюонной плазме.

Приготовление в вакууме — Русский Проект — Оборудование

Что может угрожать астронавту в открытом космосе

• Джейсон Каффри,
• Всемирная служба Би-би-си

22 декабря 2015

Автор фото, NASA

Астронавты, работающие на Международной космической станции, совершили выход в открытый космос для выполнения ремонтных работ. И, хотя все прошло по плану и без происшествий, каждый раз, когда члены экипажа МКС покидают пространство станции, их подстерегают опасности.

Но что же может случиться с ними в открытом космосе?

1. Опасность утонуть в космосе

Космический скафандр можно сравнить с маленьким индивидуальным космическим кораблем. И, как с любым кораблем, с ним может случиться авария.

Это в полной мере испытал на себе итальянский астронавт Лука Пармитано, когда при выходе в космос в 2013 году его шлем неожиданно стал заполняться водой.

Как выяснилось позже, вода поступала из системы охлаждения. А поскольку в состоянии невесомости она не стекает вниз, вода скопилась в шлеме, попав астронавту в глаза, уши и нос.

Пармитано был вынужден срочно вернуться на МКС, чтобы не захлебнуться

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Коллеги смогли прийти на помощь Луке Пармитано только после того, как он вернулся из открытого космоса

«Я направился в сторону шлюза, а вода продолжала прибывать – вспоминает итальянский астронавт. – Она полностью залила мне глаза и нос. Я не мог ничего разглядеть, ничего услышать. Я не мог дышать. Когда я попытался сообщить на землю, что у меня проблемы, и я не могу найти вход, они не могли меня расслышать, а я не мог услышать их. Я ощутил себя полностью изолированным. И тогда, вместо того, чтобы зацикливаться на проблеме и думать, что со следующим вдохом я могу захлебнуться, я принялся искать решение».

В итоге Пармитано ощупью добрался до шлюза, мимо «неприкасаемых зон» – участков внешней обшивки станции с острыми выступающими деталями, которые могут повредить скафандр, – и оказался в безопасности.

Итальянский астронавт — не единственный, у кого возникли проблемы со скафандром.

Во время выхода в космос в 2001 году канадский астронавт Крис Хэдфилд почувствовал раздражение в левом глазу, который тут же начал слезиться. Слезы в невесомости собрались в пузырь, который закрыл и правый глаз.

Крис практиически ослеп, находясь в открытом космосе, да еще и с дрелью в руках.

Опасаясь, что жжение могло быть вызвано утечкой ядовитого газа в скафандре, в центре управления полетами посоветовали Крису продуть систему, чтобы избавиться от загрязнения. И хотя инстинкт выживания подсказывал астронавту, что избавляться от воздуха в космосе не стоит, он последовал совету, и это решило проблему.

Слезы тем временем смыли раздражитель, Крис вновь прозрел, прекратил стравливать ценный кислород и вернулся на станцию.

Как выяснилось, раздражение было вызвано утечкой специальной смеси, служащей для предотвращения запотевания визора.

2. Опасность уплыть от станции

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

В 1984 году американский астронавт с реактивным ранцем отлетел на 100 метров от станции

Хотя ни один астронавт пока еще не потерялся в космосе, Хэдфилд говорит, что именно этого он боялся больше всего — даже больше, чем погибнуть на старте или сгореть при входе в плотные слои атмосферы.

Все, кто выходит в открытый космос, постоянно привязаны к МКС плетеным стальным тросом длиной 26 метров.

Обычно астронавты работают в команде по двое. Пока они не вышли из шлюза, отделяющего помещение станции от открытого космоса, они связаны друг с другом.

Первый астронавт, покидающий станцию, сначала привязывает свой трос к корпусу МКС, а затем – трос напарника. После этого второй астронавт отстегивает свой трос от крепления в шлюзе и присоединяется к товарищу снаружи.

Таким образом, риск отцепиться от станции сводится к минимуму. Но что делать астронавту, если он все же неожиданно отправится в свободный полет?

«У нас есть реактивные ранцы, вы нажимаете на рукоятку, и из маленького углубления перед вами появляется джойстик, — объясняет Хэдфилд. – С помощью этого джойстика можно управлять ранцем и подлететь обратно к станции».

Автор фото, nasa

Подпись к фото,

Теоретически, реактивный ранец должен помочь оторвавшемуся астронавту вернуться на МКС

Автор фото, CHRIS HADFIELD NASA

Подпись к фото,

Трос и ранец — это хорошо, но астронавты стараются не отрываться от поверхности станции

Однако в 1973 году у астронавтов Пита Конрада и Джо Кервина таких ранцев не было. Они находились снаружи космической станции «Скайлэб» и пытались раскрыть заклинившую панель солнечной батареи, когда она неожиданно развернулась, вытолкнув их в космос.

К счастью, тросы не лопнули, а сами астронавты не потеряли самообладания, и если верить их отчету, они вернулись на станцию в веселом настроении.

3. Опасность закипания крови

Автор фото, USAF

Подпись к фото,

Джозеф Киттингер одним из первых испытал на себе последствия разгерметизации на большой высоте

Скафандр, в котором астронавты выходят в космос, находится под давлением, и любой прокол может привести к фатальным последствиям.

В вакууме человеческая плоть расширяется в два раза по сравнению с нормальными условиями. Это на собственном опыте выяснил пилот ВВС США Джозеф Киттингер, совершивший в 1960 году затяжной прыжок из стратосферы. Во время прыжка произошла разгерметизация его правой перчатки, и рука сильно раздулась.

Это не помешало Киттингеру успешно завершить прыжок, а на земле рука вернулась в нормальное состояние. Впрочем, ему сильно повезло: если бы не выдержал его скафандр или шлем, он не выжил бы перепада давления.

Впрочем, главную проблему при разгерметизации может вызвать потеря воздуха. В этом случае астронавт уже через 15 секунд потеряет сознание от кислородного голодания.

Именно это произошло с одним испытателем НАСА, который во время аварии при испытаниях в Хьюстоне в 1966 году оказался в условиях, близких к вакууму.

По его собственному описанию, он почувствовал, как слюна закипает у него на языке, после чего потерял сознание.

В космосе без защиты скафандра, обеспечивающего давление, жидкость в человеческом теле начнет вскипать по мере расширения содержащихся в ней газов. Так что если вы не успеете испытать недостаток кислорода, вас убьет что-то другое, и очень быстро.

Однако небольшие пробоины в скафандре еще не означают неминуемую гибель.

Автор фото, nasa

Подпись к фото,

Небольшой порез перчатки заставил астронавта Рика Мастраччо срочно прервать работу в открытом космосе

В 2007 году американский астронавт Рик Мастраччо обнаружил небольшой разрез у большого пальца на внешнем слое его левой перчатки.

«Я вижу внутренний слой под вектраном, — сообщил в ЦУП Мастраччо. — Ума не приложу, откуда взялась эта дыра».

Этот случай почти точь в точь повторил инцидент, который произошел с другим американским астронавтом Робертом Бимером за 8 месяцев до этого. Тогда Бимер обнаружил на одной из перчаток разрез длиной в 2 сантиметра, который он скорее всего получил, когда переносил прибывшее на шаттле оборудование на МКС.

Этот выход в космос завершился без проблем, но если бы разрез был глубже и нарушил герметизацию, могла бы возникнуть чрезвычайная ситуация.

Скафандр астронавта состоит из семи слоев, которые защищают его от микрометеоритов. Эти крошечные частицы весят не более грамма, но их скорость относительно МКС может достигать 36200 км/ч.

При этом никакой скафандр не сможет уберечь вас от более крупных объектов. В настоящее время НАСА отслеживает более 500 тыс. рукотворных обломков космического мусора, находящихся на земной орбите, — от старых космических аппаратов до деталей, попавших на орбиту при запусках.

Около 20 тыс. из этих объектов размером с крупный апельсин или больше.

4. Опасность переутомления

Автор фото, nasa

Подпись к фото,

Хотя в космосе скафандр ничего не весит, он не становится от этого менее громоздким

Когда американские астронавты Скотт Келли и Челл Линдгрен совершили свой первый выход в космос, они провели там более семи часов, смазывая роботизированный манипулятор, подключая кабели и устанавливая термозащиту на прибор по измерению интенсивности светового излучения.

Одна из причин необходимости столь долгого пребывания в открытом космосе заключается в том, что, несмотря на невесомость, 160-килограммовый костюм остается громоздким, и работать в нем нелегко.

«Если вы ткнете пальцем в человека, одетого в скафандр НАСА, у вас будет ощущение, что вы давите на волейбольный мяч: у этого материала точно такая же жесткость, — объясняет Хэдфилд. – При каждом движении вы вынуждены преодолевать такое же упругое сопротивление. Поэтому вы возвращаетесь с космической прогулки физически абсолютно измотанным, порой с кровавыми мозолями, и все из-за скафандра, работать в котором – сплошное мучение».

К тому же в условиях невесомости астронавты не могут просто стоять на месте и делать свое дело. Если они пытаются повернуть гаечный ключ, их тело пытается вращаться в противоположном направлении. Поэтому им приходится прилагать дополнительные усилия просто для того, чтобы удержаться на месте.

«Что бы вы ни делали в космосе, вам приходится затрачивать на это вдвое больше усилий, и это еще одна из причин делать все медленно», — говорит Хэдфилд.

Когда люди устают, они чаще совершают ошибки. Если вы дома оступитесь с работающей дрелью в руках, то можете оказаться в больнице. Но когда вы находитесь на орбите на высоте 400 километров, вызвать скорую помощь не удастся.

5. Опасность неизвестности

Автор фото, RIA NOVOSTI

Подпись к фото,

Выйти в открытый космос Алексею Леонову оказалось легко, а вот вернуться обратно — уже не очень

С тех пор, как советский космонавт Алексей Леонов в 1965 году совершил первый выход в открытый космос, космические прогулки стали почти обыденным делом. Но тот, первый выход, хотя и длился всего 12 минут, чуть не закончился трагедией.

Инженеры не учли, что скафандр Леонова в условиях космического вакуума увеличится в объеме. Когда космонавт попытался вернуться в свой корабль, он не мог пролезть в люк. В итоге ему пришлось стравить воздух и частично снизить давление в скафандре, прежде чем он смог протиснуться внутрь.

Когда в том же году Эд Уайт стал первым американцем, совершившим выход в открытый космос, он не мог знать о злоключениях Леонова, тогда подобного рода сведения были засекречены, и о них стало известно намного позже.

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Эд Уайт тоже пережил не самые приятные минуты, когда шлюзовой люк его корабля отказался закрываться

Однако у Уайта возникли собственные проблемы с входным люком. Когда он вернулся в корабль, он некоторое время не мог зафиксировать его в закрытом положении, а виной тому была дефектная пружина.

Если бы астронавт не смог закрыть люк, его космический корабль Джемини IV не вернулся бы на Землю.

Вдобавок командир корабля Джеймс МакДивитт, находившийся внутри капсулы, получил инструкцию с Земли перерезать трос Уайта в случае, если у того закончится кислород или он потеряет сознание.

С 1965 года список неожиданностей, которые могут произойти во время выхода в космос, заметно сократился, но не исчерпался полностью.

«Астронавты стараются избавиться от переживаний заранее, — говорит Хэдфилд. – Мы годами стараемся в деталях предугадать, что может пойти не так, чтобы, когда настанет момент, вас не парализовал страх. Потому что кому нужен перепуганный астронавт?»

Пресс-релизы

Новый вакууматор Miele

Гютерсло/Милан, 15 марта 2016 г. – Вакуумная упаковка часто используется для продления срока хранения продуктов и для удобного разделения на порции. В элитных ресторанах продукты часто запечатывают в вакууме для приготовления методом су-вид. Благодаря новому встроенному вакууматору и пароваркам Miele теперь и у вас есть возможность пользоваться такой техникой прямо у себя дома и создавать с ее помощью настоящие кулинарные шедевры.

Су-вид в переводе с французского означает «под вакуумом». Этот метод предусматривает длительное приготовление продуктов, упакованных в вакууме в пластиковых мешках, при стабильной низкой температуре. Для этой цели прекрасно подходят вакууматор и пароварка Miele.

Благодаря аналогичному дизайну вакууматор прекрасно вписывается в коллекцию встраиваемой техники Miele Generation 6000. На вид он почти не отличается от подогревателей блюд из нашего ассортимента. Высота панели управления составляет всего 14 см, поэтому вакууматор в сочетании с различными компактными устройствами легко установить в классическую кухню шириной 60 см. Когда он закрыт, вакуумная камера не видна.

Параметры и продолжительность запечатывания в вакууме можно регулировать. Продолжительность зависит от толщины материала мешка. Для продуктов, требующих осторожного обращения, например для рыбного филе, Miele рекомендует настройку 2. Настройка 3 идеально подходит для мяса и овощей. Она обеспечивает почти полный вакуум и соответствует профессиональным требованиям.

Практически все пароварки Miele подходят для приготовления блюд в вакууме, так как они обеспечивают нагрев в диапазоне от 45 °C до 90 °C и поддерживают выбранную температуру с точностью до 1 °C. В большинстве пароварок Miele, выпущенных в 2015 году или позднее, предусмотрен особый режим су-вид, позволяющий выбрать продолжительность приготовления до 10 часов.

Метод су-вид идеально подходит для мяса и рыбы: аромат трав, приправ и маринада полностью раскрывается, а вкус становится значительно ярче, поскольку жидкость не испаряется. Благодаря сохранению уровня влажности продукты не усыхают. Получаются очень нежные блюда однородной текстуры. Чтобы освоить этот новый способ приготовления было еще проще, компания Miele составила специальную книгу рецептов, которую можно заказать бесплатно.

Удаление воздуха и, как следствие, кислорода, позволяет контролировать два основных фактора, способствующих порче продуктов: нежелательное окисление и рост бактерий. Кроме того, продукты в вакууме не высыхают. В зависимости от их первоначального состояния они хранятся в вакуумной упаковке в 3-5 раз дольше, так что их можно употребить позднее безо всякого риска. Это огромное преимущество, если вы хотите приготовить блюда про запас, положив их на хранение в морозильную камеру или в отделение PerfectFresh холодильника. Вакуумная упаковка защитит их и от повреждений, связанных с заморозкой. К тому же, продукты, запечатанные в вакууме, занимают меньше места.

Мы предлагаем вакууматоры модели EVS 6214 из нержавеющей стали CleanSteel, а также с покрытием обсидианового черного, ярко-белого цвета и коричневого цвета оттенка Havana. Когда состоится премьера дизайна ArtLine, к палитре добавится графитный серый цвет.

Скачать пресс-релиз

Прерыватель вакуума АДЛ VBS16 для пара, жидкостей и газов t° до +250 °C (DN 10-25 / PN 16)

Прерыватель вакуума АДЛ VBS16 для пара, жидкостей и газов t° до +250 °C

Для предотвращения образования вакуума в трубопроводах и в оборудовании.

• Страна: Россия
• Область применения:водоснабжение, пароконденсатные системы
• Рабочая среда: вода, пар, воздух, нейтральные газы, нейтральные жидкости

Модельный ряд

термодинамика — Все ли жидкости кипят в вакууме?

Я отвечу на ваш вопрос как

Есть ли вещества с конденсированной (твердой или жидкой) равновесной фазой при нулевом давлении?

Нет, из-за статистической физики.

Давайте рассмотрим две вещи. (1) Потенциальная энергия взаимодействия между молекулами. (2) Распределение тепловой энергии для молекул.

Потенциальная энергия взаимодействия обычно может быть любой формы, с притяжением, отталкиванием, экстремумами, но она всегда равна $ 0 $ на бесконечном расстоянии $ r \ to \ infty $, что означает, что две молекулы становятся свободными, когда они находятся далеко. достаточно.Тогда любое связанное состояние действительно имеет энергию ниже $ 0 $, и любое состояние с энергией выше $ 0 $ является несвязанным, так что молекулы удаляются, даже если они были близки в какой-то момент.

Распределение тепловой энергии в состоянии равновесия всегда имеет своего рода «хвост» при высоких энергиях в виде $ \ exp (-E / k_B T) $. Это общая черта распределений Ферми-Дирака, Бозе-Эйнштейна и Максвелла-Больцмана, а все различия заключаются в низких энергиях. Тем не менее, не существует предела энергии, выше которого вероятность для молекулы составляла бы $ 0 $.

Эти два факта вместе говорят о том, что любая конденсированная фаза при нулевом давлении и $ T> 0 $ будет терять молекулы, никогда не достигнув равновесия. Хотя скорость этого процесса может быть чрезвычайно медленной и экспериментально несущественной.

Что делает конденсированную фазу стабильной при некотором ненулевом давлении? Тогда всегда есть какие-то внешние молекулы, которые компенсируют потери испаренными молекулами.

Стоит упомянуть еще два случая. Во-первых, атомов и атомных ядер , разве они не стабильны? К ним применимы те же рассуждения, но их энергия связи довольно высока, и, следовательно, вероятность испарения даже одной частицы при комнатной температуре чрезвычайно мала (показатель степени является очень быстро убывающей функцией).Хотя при более высоких температурах они достигают равновесия в плазме и нуклонной плазме соответственно. Эти плазмы можно создавать при сколь угодно низком давлении, тогда бы не было атомов или ядер.

Второй случай — кварков в нуклоне . Здесь энергия взаимодействия не обращается в нуль на бесконечности , поэтому нуклоны являются истинно связанными системами (при конечной температуре). Хотя это не зависит от температуры: при какой-то очень высокой температуре существует море свободных глюонов и кварк-антикварковых пар, и энергия взаимодействия изменяется, становясь несвязывающей на бесконечности, как это происходит в кварк-глюонной плазме.

Жидкости и межмолекулярные силы 11.3-Демонстрационные лекции-Кафедра химии Массачусетского университета, Амхерст

Демонстрации ›Жидкости и межмолекулярные силы› 11.3

Жидкости и межмолекулярные силы

11.3 Кипячение воды при комнатной температуре

Предметы: Свойства жидкостей, межмолекулярные силы, давление пара

Описание: Вода кипятится комнатной температуры за счет понижения давления

Материалы:

• Вакуумная колба с трубкой и водой
  Вакуумный насос (в шкафу внизу)

Процедура:

1. Присоедините трубку от кронштейна колбы к вакуумному насосу
2. Включите вакуумный насос и понаблюдайте.

Обсуждение:

Температура кипения жидкости частично зависит от межмолекулярных сил притяжения. Требуется подвод энергии, чтобы дать молекулам достаточно кинетической энергии, чтобы освободиться от этих сил. Давление над жидкостью также определяет температуру кипения. Когда давление пара жидкости равно внешнему давлению, жидкость закипит. Когда внешнее давление понижается, понижается и точка кипения.

В описанной выше процедуре давление над жидкостью снижается с помощью вакуумного насоса.Давление теряется настолько, что вода закипает. Когда вода закипает, тепло теряется из-за теплоты испарения воды, являющейся эндотермическим процессом. В конце концов вода остынет настолько, что давление ее пара станет меньше внешнего давления, и вода перестанет кипеть.

Безопасность:

Соблюдайте осторожность при работе с вакуумированной стеклянной посудой, чтобы избежать взрыва.

Выбытие:

Нет.

Артикул:

1.Б.З. Шахашири; Химические демонстрации: Справочник для учителей ; Том 2; Висконсин; 1985; п. 81-84

Скачать версию для печати

Что происходит с человеческим телом в космосе

Джордж Клуни в «Гравитации.»

Gravity Trailer / Разнообразие

Космическое пространство — это вакуум без воздуха и давления для дыхания. Температура либо кипящая, либо низкая, в зависимости от того, стоите вы на солнце или нет. Огромное количество смертоносного ультрафиолетового излучения исходит от звезд.

Итак, если вы каким-то образом оказались в свободном плавании за пределами космической станции или космического челнока (вспомните Джорджа Клуни в «Гравитации»), но без скафандра (вспомните Гамору в «Стражах Галактики»), вы, без сомнения, облажались. .

1. Удушье

Если вас высосет космический шаттл, несущийся через космическое пространство, и на вас не будет скафандра, вы сразу почувствуете, как весь воздух вылетает из ваших легких. В космосе нет давления, поэтому воздух расширяется и при этом болезненно разрывает ткани ваших легких. Так что в случае, если вас высасывают из космического корабля или выталкивают из шлюза без скафандра, лучше выдохнуть как можно больше, чем сделать последний глоток воздуха.

В экстремальных условиях, например в космосе, вашему телу потребуется всего около 15 секунд, чтобы израсходовать весь кислород в крови. Как только дезоксигенированная кровь достигнет вашего мозга, вы потеряете сознание.

2. Нарушение опорожнения кишечника

Из-за сильной нехватки кислорода вы теряете контроль над некоторыми функциями организма. В 1965 году исследователи провели эксперимент, в котором 100 собак были помещены в вакуумную среду.Исследователи обнаружили, что воздух не только из легких собак, но и из кишечника. Так что да, ты бы наверняка какал в штаны.

3. Кипящая кровь

Чем ниже давление, тем ниже температура кипения жидкости. Вот почему вода на вершине горы закипает намного быстрее, чем внизу.

В космосе нет давления. Таким образом, точка кипения может легко упасть до температуры вашего тела. Это означает, что ваша слюна будет выкипать на вашем языке, и жидкость в вашей крови начнет закипать.

4. Блокировка кровообращения и взрывающиеся капилляры

Вся эта бурлящая кипящая кровь может блокировать приток крови к жизненно важным органам. Это само по себе могло убить вас. А если пузырьки пройдут через ваше сердце, это может вызвать сердечный приступ.

Пузырьки, вероятно, также разорвут некоторые капилляры, и вы можете оказаться в пятнистых синяках.

5. Вздутие живота

Если жидкость в вашем кровотоке закипит, она превратится в газ, что вызовет опухание кожи.НАСА дает понять, что ваше тело не взорвется, и ваши глаза не выскочат из головы, как предполагают многие научно-фантастические фильмы. Однако вы будете опухать и становиться очень болезненно опухшими.

6. Загар

Даже когда вы плаваете там без сознания и опухшим, ваши проблемы еще не закончены. Если вы окажетесь лицом к лицу с солнцем, когда вас высосет из космического корабля, то вы, вероятно, будете дрейфовать при температуре около 250 градусов по Фаренгейту. Это означает мгновенный солнечный ожог.

7. Клеточная мутация

Вы также будете засыпаны излучением других звезд, помимо Солнца. Вредные ультрафиолетовые лучи, гамма-лучи и рентгеновские лучи могут деформировать ваши клетки. Доза облучения не даст вам сверхспособностей. Если вы выжили достаточно долго, чтобы кто-то снова вытащил вас на борт, вы все равно можете умереть позже от радиационного отравления или рака.

8. Замерзание

Если вы не дрейфуете перед солнцем, в тени, вероятно, около минус 440 градусов по Фаренгейту.Однако это не означает, что вы обязательно замерзнете насмерть, согласно НАСА.

Тепло должно излучаться через что-то. Даже во время полета в космосе ваши мышцы все равно выделяют тепло. Этому теплу не было бы никуда уходить, если бы вы были окружены космическим вакуумом. Так что замораживание должно быть довольно далеко в вашем списке проблем.

Еще есть надежда, что ты сможешь пережить все это.

В 1965 году ученые также подвергли шимпанзе воздействию почти вакуума.Они обнаружили, что шимпанзе выздоравливали без признаков когнитивного нарушения даже после 3,5 минут пребывания в вакууме. Однако у одного шимпанзе действительно случился сердечный приступ, а один умер всего через три минуты.

В конце концов, вы, скорее всего, умрете от удушья. Но, похоже, все сходятся во мнении, что если вас спасут в течение 60 секунд, вы, , сможете выжить.

Таблица зависимости температуры кипения воды от давления в вакууме

> График зависимости температуры кипения воды от давления и вакуума

Физико-технические данные

Таблица зависимости температуры кипения воды от давления в вакууме

Точка кипения воды — это температура, при которой давление пара жидкой воды равно давлению, окружающему воду, и вода превращается в пар.

Вода под высоким давлением имеет более высокую температуру кипения, чем вода при атмосферном давлении. Другими словами, температура кипения воды меняется в зависимости от давления окружающей среды. При заданном давлении разные жидкости кипят при разных температурах.

Нормальная точка кипения (также называемая точкой кипения при атмосферном давлении или точкой кипения при атмосферном давлении ) жидкости является особым случаем, когда давление пара жидкости равно определенному атмосферному давлению на уровне моря, 1 Атмосфера.При этой температуре давление пара жидкости становится достаточным для преодоления атмосферного давления и позволяет пузырькам пара формироваться внутри объема жидкости.

Что происходит с температурой кипения при понижении давления?

По мере снижения давления окружающего воздуха температура, необходимая для кипения жидкости, также уменьшается. Например, для приготовления некоторых продуктов на большой высоте требуется больше времени, потому что вода закипает при более низких температурах; вода удерживает меньше тепла, поэтому для правильного приготовления потребуется больше времени. Связь между давлением и температурой объясняется свойством, называемым давлением пара, показателем того, насколько легко молекулы испаряются из жидкости.

TL; DR (слишком долго; не читал)

При повышении температуры окружающей среды повышаются и температуры кипения. Это связано с тем, что повышенная температура окружающей среды затрудняет выход пара из жидкости, и для кипения требуется больше энергии.

Давление пара

Давление пара вещества — это давление паров, оказываемых на контейнер с веществом при определенной температуре; это верно как для жидкостей, так и для твердых тел. Например, вы наполовину заполняете емкость водой, откачиваете воздух и закрываете емкость.Вода испаряется в вакууме, образуя пар, оказывающий давление. При комнатной температуре давление пара составляет 0,03 атмосферы или 0,441 фунта на квадратный дюйм. При повышении температуры увеличивается и давление.

Хорошие (молекулярные) колебания

При любой температуре выше нуля Кельвина молекулы вещества колеблются в случайных направлениях. Молекулы вибрируют быстрее при повышении температуры. Однако не все молекулы колеблются с одинаковой скоростью; одни двигаются медленно, другие — очень быстро.Если самые быстрые молекулы находят свой путь к поверхности объекта, у них может быть достаточно энергии, чтобы убежать в окружающее пространство; это те молекулы, которые испаряются из вещества. По мере увеличения температуры больше молекул получают энергию для испарения из вещества, повышая давление пара.

Пар и атмосферное давление

Если вещество окружено вакуумом, молекулы, покидающие поверхность, не встречают сопротивления и производят пар. Однако, когда вещество окружено воздухом, давление его пара должно превышать атмосферное давление, чтобы молекулы испарились.Если давление пара ниже атмосферного, молекулы, которые уходят, возвращаются в вещество за счет столкновений с молекулами воздуха.

Кипение и понижающееся давление

Жидкость закипает, когда ее наиболее энергичные молекулы образуют пузырьки пара. Однако при достаточно высоком давлении воздуха жидкость нагревается, но не кипит и не испаряется. По мере снижения давления окружающего воздуха молекулы, испаряющиеся из кипящей жидкости, испытывают меньшее сопротивление молекул воздуха и легче попадают в воздух.Поскольку давление пара может быть уменьшено, температура, необходимая для кипения жидкости, также снижается.

Как вскипятить воду при комнатной температуре

Легко вскипятить воду при комнатной температуре, если понизить атмосферное давление.

Нормальная температура кипения воды составляет 100 ° C или 212 ° F, но можно кипятить воду и при комнатной температуре. Вот простые способы продемонстрировать это и объяснить, как это работает.

Два способа кипячения воды при комнатной температуре

Демонстрация простого шприца

Все, что вам нужно, это большой шприц и вода.Здесь не используется игла, поэтому эта демонстрация — безопасный способ для детей определить точку кипения.

1. Наберите небольшой объем воды в шприц с помощью поршня. Не наполняйте шприц, а налейте столько воды, чтобы она закипела.
2. Закройте дно шприца, чтобы в него не попадали воздух или вода. Закройте его (если к шприцу прилагается колпачок), приложите палец к отверстию или заклейте его лентой.
3. Теперь вскипятите воду комнатной температуры. Все, что вам нужно сделать, это как можно быстрее оттянуть поршень шприца.

Может потребоваться пара попыток, чтобы усовершенствовать вашу технику. Если хотите, настройте телефон для съемки видео, чтобы вы могли сосредоточиться на кипячении воды. Тогда посмотрите это позже.

Кипячение воды с помощью вакуумного насоса

В классической демонстрации используется вакуумный насос. Преимущество заключается в том, что вы кипятите больший объем воды, чтобы за ней было легче наблюдать. Конечно, недостаток в том, что вам понадобится вакуумный насос!

1. Наполните химический стакан 250 мл примерно 150 мл теплой воды.
2. Накройте стакан колпаком.
3. Подсоедините и запустите вакуумный насос.
4. Когда давление становится достаточно низким, вода закипает.

Эта демонстрация лучше всего работает с теплой водой, потому что она уже имеет более высокое давление пара, чем холодная вода. Это означает, что вакуумный насос быстрее закипает воду. Это хорошо, потому что длительное воздействие водяного пара приводит к попаданию воды в шланг и насос.

Как это работает

При понижении давления жидкость закипает при более низкой температуре.

Вода (или любая жидкость) закипает, когда давление пара в ней равно атмосферному. Нормальная точка кипения относится к давлению 1 атм (на уровне моря). Итак, вода закипает при более низкой температуре при более низком давлении. Вот почему существуют инструкции по приготовлению на высоте. Снижение давления дополнительно снижает температуру кипения. Фактически, вы можете кипятить воду при температуре ниже комнатной. Когда давление приближается к вакууму, вода вовсе не является жидкостью. Лед подвергается сублимации непосредственно в водяной пар, во многом так же, как сухой лед превращается в углекислый газ.

Какое давление кипит вода при комнатной температуре?

Давление, при котором вода закипает при комнатной температуре, зависит от температуры воды. Более теплая вода имеет более высокое давление пара, поэтому кипит при более высоком давлении, чем холодная вода.

Помимо экспериментов, есть два способа найти давление, при котором вода закипает при заданной температуре. Вы можете обратиться к диаграмме состояния воды или посмотреть зависимость давления водяного пара от температуры в таблице.Вот несколько примеров значений:

90,0 19,827

Давление водяного пара при разных температурах

В единицах преобразования вода кипит при комнатной температуре и давлении от 0 до 0.02 и 0,03 атм. Другими словами, вода закипает при комнатной температуре, когда давление составляет примерно 1/40 нормального атмосферного давления.

Ссылки

• Голдберг, Дэвид Э. (1988). 3 000 решенных задач по химии (1-е изд.). Макгроу-Хилл. sISBN 0-07-023684-4.
• Predel, Bruno; Hoch, Michael J. R .; Пул, Монте (2004). Фазовые диаграммы и гетерогенные равновесия: практическое введение . Springer. ISBN 978-3-540-14011-5.
• Катушка, Кевин Р.; Fikar, R.M .; Dumas, P.E .; Templin, Jay M .; Ван Арнум, Патрисия (2006). AP Chemistry (REA) — Лучшая подготовка к экзамену Advanced Placement Exam (9-е изд.). Ассоциация исследований и образования. ISBN 0-7386-0221-3.
• Шахашири, Б.З. (1985). Химические демонстрации: Справочник для учителей . Том 2. Висконсин. 81-84.

Связанные сообщения

Bizarre Boiling | Управление научной миссии

Наблюдать за кипением жидкостей при низкой гравитации — это необычный опыт.У него много развлекательной ценности, но он также преподает ученым важные уроки физики.

Послушайте эту историю с помощью потокового аудио, загружаемого файла или обратитесь за помощью.

7 сентября 2001: В следующий раз, когда вы будете смотреть, как закипает кастрюля с водой, например, для кофе или чашки супа, остановитесь на мгновение и подумайте: как бы это выглядело в космосе? Взойдут ли бурлящие пузыри или упадут? И насколько они были бы большими? Останется ли вообще жидкость на сковороде?

Еще несколько лет назад никто не знал.Действительно, физикам сложно понять сложное поведение кипящих жидкостей здесь, на Земле. Возможно, кипение в космосе окажется еще более загадочным … Это важный вопрос, потому что кипение происходит не только в кофейниках, но и в энергетических установках и системах охлаждения космических кораблей. Инженеры должны знать, как работает кипячение.

Вверху: Кипящие жидкости без плавучести и конвекции ведут себя в космосе совершенно иначе. Щелкните изображение, чтобы просмотреть фильм QuickTime в низком разрешении (400 кБ), в котором сравнивается кипение в космосе и на Земле.Также доступно в высоком разрешении (4,3 МБ). Изображение предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

В начале 1990-х группа ученых и инженеров из Мичиганского университета и НАСА решила это выяснить. Используя фреоновый хладагент в качестве жидкости, они провели серию экспериментов по кипению на космическом шаттле в течение 5 миссий в период с 1992 по 1996 год. И действительно, они обнаружили некоторые интригующие различия между тем, что происходит с кипящими жидкостями на Земле и тем, что происходит с ними на орбите. .Например, жидкость, кипящая в невесомости, производит не тысячи шипящих пузырьков, а один гигантский волнообразный пузырь, который поглощает более мелкие!

Теперь любой может наблюдать за захватывающим поведением кипения в невесомости благодаря видеозаписи экспериментов, недавно предоставленной НАСА.(Информация о том, как запросить копию, находится ниже.)

«Подумайте об этом: до этих экспериментов никто действительно не видел кипения в космосе — во всем мире, никогда!» — говорит доктор Фрэнсис Кьярамонте, научный сотрудник проекта НАСА по эксперименту с кипячением в бассейне. По его словам, эта серия экспериментов уже считается «классической» современными исследователями.

Несмотря на свою развлекательную ценность, это исследование представляет собой нечто большее, чем простое любопытство. Изучение того, как жидкости кипят в космосе, приведет к созданию более эффективных систем охлаждения для космических аппаратов, таких как система на основе аммиака на Международной космической станции.Знания о кипении в космосе также могут когда-нибудь быть использованы для проектирования электростанций для космических станций, которые используют солнечный свет для кипения жидкости для создания пара, который затем вращает турбину для выработки электричества.

Это исследование может найти применение и здесь, на Земле. Невесомая среда дает ученым новое «окно» в феномен кипения. Ученые могут использовать эту точку зрения, чтобы улучшить свое понимание основ кипения, что может быть использовано для улучшения конструкции наземных электростанций.

Справа: Международная космическая станция использует «двухфазную» систему охлаждения, в которой аммиак превращается из жидкости в пар и обратно, что включает кипение. Инженеры, проектирующие систему охлаждения МКС, использовали информацию, полученную в ходе экспериментов по кипячению в условиях микрогравитации.

«Феномен кипения настолько сложен, что большинство наших представлений является эмпирическим, а не основанным на решениях фундаментальных уравнений», — говорит Кьярамонте.

При свободном падении с орбиты кипение происходит проще, чем на Земле.Невесомость эффективно устраняет две переменные в кипении — конвекцию и плавучесть. Это различие объясняет, почему кипящие жидкости так по-разному ведут себя в космосе. Он также является мощным инструментом для ученых, которые хотят разгадать запутанную физику кипения.

«В качестве примера представьте, что вы пытаетесь изучить Землю с такими сложными экосистемами. Вы также можете посмотреть на более простую планету с меньшим количеством переменных. учится «, — говорит Кьярамонте.

Когда лужа жидкости нагревается на Земле, гравитация заставляет более горячие области жидкости подниматься, а более холодные и более плотные части опускаться — процесс, называемый «конвекцией». Это движение распространяет тепло по жидкости. Как только оно закипает, плавучесть заставляет пузыри подниматься вверх, создавая «катящееся кипение».

Все это движение внутри жидкости значительно усложняет физику ситуации.

Слева: Без плавучести пар, образующийся при кипении, просто плавает в виде пузырька внутри жидкости после прекращения нагрева.Эффекты поверхностного натяжения заставляют множество маленьких пузырьков сливаться в одну большую сферу. Щелкните изображение, чтобы просмотреть фильм MPEG размером 1,3 МБ, в котором маленькие пузыри собираются в большой.

Без конвекции или плавучести процесс разворачивается иначе. Нагретая жидкость не поднимается, а просто остается рядом с поверхностью нагревателя и продолжает нагреваться. Области жидкости вдали от нагревателя остаются относительно прохладными. Поскольку нагревается меньший объем воды, она закипает намного быстрее.Однако когда образуются пузырьки пара, они не выстреливают на поверхность — они сливаются в гигантский пузырь, который качается внутри жидкости.

Многое из этого можно было предсказать на основе существующей теории, но для изучения тонких деталей процесса и поиска неожиданного поведения был необходим настоящий эксперимент.

«Было много фундаментальных вопросов, которые все еще не были поняты», — говорит доктор Герман Мерте, главный исследователь экспериментов. Мерте, которого некоторые считают своего рода «отцом-основателем» исследований кипения бассейнов в условиях микрогравитации, разработал эксперименты, показанные на видеозаписи.

Мерте и другие ученые проводили более ранние исследования кипения в невесомости с использованием «падающих башен», которые могли в течение нескольких секунд имитировать нулевое ускорение, просто сбрасывая образцы внутрь высокой башни. Эти ранние эксперименты предоставили некоторое руководство для разработки эксперимента с шаттлом, но эти краткие проблески на самом деле не идут ни в какое сравнение с минутным наблюдением, обеспечиваемым шаттлом.

Справа: Эти новаторские эксперименты по кипячению в условиях микрогравитации были «детищем мозга» доктора Ф.Герман Мерте, недавно вышедший на пенсию из Мичиганского университета. Увидеть пенсионную дань уважения профессору Мерте.

Тем не менее, одним из важных продуктов этого раннего исследования был метод создания камеры кипения, которая позволяла ученым смотреть сквозь поверхность нагревателя и наблюдать за жидкостью прямо там, где она контактирует с нагревателем.

«Действие происходит прямо на границе раздела твердое тело-жидкость на нагревателе, и вы не можете смотреть сверху вниз, потому что преломление верхней поверхности жидкости мешает», — говорит Мерте, недавно вышедший на пенсию с должности почетного профессора. Машиностроения в Мичиганском университете.

Компания Merte использовала кварц, чтобы сделать гладкое, твердое и прозрачное дно камеры кипячения. Затем он покрыл этот кварц ультратонким слоем золота. Этот слой толщиной менее 400 ангстрем (один десятимиллиардная часть метра) был настолько тонким, что пропускал через него видимый свет, но при этом проводил электричество, как объемное золото.

Ниже: Один из способов смоделировать невесомость космоса — просто позволить эксперименту свободно падать внутри «башни падения», такой как этот в Исследовательском центре Гленна НАСА в Кливленде, штат Огайо.Другие методы моделирования невесомости включают летающие параболические дуги в самолетах, такие как «блевотная комета» НАСА KC-135, используемая для обучения астронавтов, и использование зондирующих ракет. Изображение предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Используя этот прибор, Мерте и его коллеги сделали несколько интересных открытий. Например, в зависимости от температурных условий эксперимента гигантский пузырь иногда плавал в центре жидкости и иногда оставался прикрепленным к поверхности нагревателя.Когда пузырек оставался прикрепленным, что Мерте называет «высыханием», он эффективно изолировал жидкость от нагревателя, предотвращая дальнейшее кипение и повышая температуру нагревателя.

Точное знание условий, при которых это происходит, жизненно важно для проектирования систем космических аппаратов, которые могут полагаться на кипение.

«Если вы лучше разбираетесь в явлении, тогда вы можете спроектировать его ближе к его пределам для оптимизации», — говорит Мерте. «Если у вас есть неуверенность, вы собираетесь проектировать консервативно.»

Сегодняшние исследователи продолжают расширять фундамент знаний, заложенный в этих экспериментах. Обладая лучшим пониманием физики кипящих жидкостей, инженеры смогут разрабатывать улучшенные системы охлаждения и питания, которые будут служить людям в будущем — как в космосе, так и здесь, на Земле.

Примечание : Чтобы запросить копию 67-минутного видео, содержащего кадры из экспериментов, свяжитесь с Исследовательским центром NASA Glenn Research Center по телефону + 1-216-433-6159 и укажите номер ленты 396.

Ссылки

Домашняя страница экспериментов по кипячению в бассейне — информация об экспериментах, представленных в этой статье

Кривая кипения в бассейне в условиях микрогравитации — техническая информация об экспериментах с веб-сайта Мичиганского университета Мерте.

Space Research — дополнительная информация из Управления физических и биологических исследований НАСА.

Эксперимент по кипению в бассейне — дополнительная информация о кипении на Земле и в космосе из Microgravity News

Ресурсы по микрогравитации для учителей — из NASA Spacelink

Программа по физике жидкости в условиях микрогравитации — в Исследовательском центре Гленна НАСА

Сохранение спокойствия на МКС — Статья в Science @ NASA: В странном новом мире, где горячий воздух не поднимается и тепло не проходит, системы терморегулирования Международной космической станции поддерживают тонкий баланс между глубиной -замороженный космос и палящий зной Солнца.