Как кипит вода в космосе

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

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Казалось бы не сложный вопрос: что произойдет с жидкой водой комнатной температуры при атмосферном давлении, если ее вылить в открытый космос?

Космос — очень, очень холодное место. На сильном холоде, как подсказывает нам жизненный опыт, вода превращается в лед — кристаллизуется.Но космос — это еще и самый близкий к идеальному вакуум, до которого можно дотянуться. Одна атмосфера эквивалентна давлению 6 x 1022 атомов водорода на квадратный метр. В лучших вакуумных камерах на Земле ученые создают давление в миллиарды раз меньшее, но в межзвездном пространстве оно опускается в миллионы и миллиарды раз ниже земных технических рекордов.А при пониженном давлении вода переходит в газообразное состояние — кипит.

Так что же произойдет, если жидкоая вода окажется одновременно при очень низком давлении и очень низкой температуре — замерзнет или мгновенно вскипит, превратившись в газ?

Ответ — в теплоемкости 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.

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…

А вот еще интересный аспект поведения воды в невесомости.

Источник

Какова температура кипения воды в вакууме и от чего она зависит?

Кипение – это переход жидкого вещества в газообразное состояние. Процесс сопровождается образованием пара и происходит, когда достигается определенная температура.

Испарение может происходить при любой степени нагрева, тогда как вода закипает только по достижении 100 °C при нормальном атмосферном давлении. Но в вакууме вода тоже кипит. Начинается это раньше, чем в обычных условиях.

О том, какова температура кипения воды в вакууме, читайте в статье.

Что считать вакуумом?

Слово «вакуум» означает абсолютную пустоту, или пространство, свободное от вещества. Когда нет вещества, нечему и кипеть.

В науке и технике под ним понимают пространство, где давление значительно ниже атмосферного.

Критерием глубины вакуума является степень разрежения. Она определяется отношением давления в объеме к величине атмосферного. Единица измерения, принятая международной системой мер – Паскаль, но применяются и другие.

Нормальное атмосферное давление, измеренное на уровне моря, принято равным 760 мм ртутного столба, или 101325 Па. Например, разрежение, при котором давление равно 100 Па, считается низким, 0,00001 Па – высоким.

Как кипит H2O в таких условиях?

В любом сосуде, заполненном водой, всегда присутствуют частички воздуха. Они остаются на микроскопических трещинах, имеющихся на стенках емкости. По мере нагрева пузырьки увеличиваются, и становятся видимыми невооруженным взглядом, особенно на стенках сосуда и его дне. По сути, это капли насыщенного пара, растворенные в воде.

Когда температура на дне сосуда уже достигла 100 °C, а на поверхности воды ещё нет, сила поверхностного натяжения и атмосферное давление препятствуют выходу частиц за пределы емкости. Они возвращаются назад, теряя температуру.

Когда степень нагрева поверхностного и придонного слоя выравнивается, вещество закипает. В вакууме частицам легче покинуть объем сосуда. Этому препятствует только поверхностное натяжение, поэтому кипение начинается при более низкой температуре.

Почему может кипеть при отрицательных температурных значениях?

Когда среда разрежена, вода закипает раньше. Кипение начнется, как только разрежение достигнет величины, при которой температура кипения становится меньше температуры окружающей среды.

Ниже в таблице приведены округленные данные зависимости температуры кипения от давления.

Вода, отдавая пар, остывает. Он конденсируется и возвращается обратно в жидкое состояние. При дальнейшей откачке воздуха разрежение становится таким, что H2O мгновенно вскипает.

Температура понижается до отрицательной, водяной пар кристаллизуется, образуя лед. Поскольку это сопровождается увеличением объема, образованию льда препятствует внешнее давление.

Как быстро закипает?

Все зависит от степени разрежения. При недостаточной откачке воздуха холодная вода кипеть не будет.

Как только его станет меньше, она начнет переходить в паровую фазу.

Происходить это будет длительное время из-за конденсации. Теоретически можно достичь динамического равновесия, когда скорость испарения и скорость конденсации водяного пара равны.

При высоком разрежении закипание наступит практически мгновенно. Затем пар кристаллизируется из-за понижения температуры до отрицательного значения. Этот процесс тоже не займет много времени. Теплопроводность пара значительно выше, чем у воды, остывает он быстрее.

Полезное видео

Наглядно кипение воды в вакууме представлено в видео:

Заключение

Исследования поведения воды в условиях разреженного воздуха очень важны. К примеру, в освоении космического пространства. Там процессы происходят в безвоздушной среде, атмосфера как таковая отсутствует. Есть и другие области деятельности человека, где без таких знаний не обойтись.

Источник

Что случится с водой в открытом космосе: испарится или станет льдом?

Космос — очень, очень холодное место (вот здесь мы писали о том, где во Вселенной находится самая холодная точка с температурой вещества 0,5 К). На сильном холоде, как подсказывает нам жизненный опыт, вода превращается в лед — кристаллизуется.

Но космос — это еще и самый близкий к идеальному вакуум, до которого можно дотянуться. Одна атмосфера эквивалентна давлению 6 x 10 22 атомов водорода на квадратный метр. В лучших вакуумных камерах на Земле ученые создают давление в миллиарды раз меньшее, но в межзвездном пространстве оно опускается в миллионы и миллиарды раз ниже земных технических рекордов.

А при пониженном давлении вода переходит в газообразное состояние — кипит.

Так что же произойдет, если жидкая вода окажется одновременно при очень низком давлении и очень низкой температуре — замерзнет или мгновенно вскипит, превратившись в газ? Ответ — в теплоемкости 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.

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

Кстати, у «Популярной механики» появился новый раздел «Блоги компаний». Если ваша организация хочет рассказать о том, чем занимается — напишите нам

Источник

Как ведет себя вода в космосе

Космонавты, несущие свою вахту на МКС, регулярно проводят различные опыты в невесомости. И российские, и американские космонавты снимают результаты опытов на видео, чтобы ученые на Земле могли изучить влияние невесомости на совершенно разные вещи, а мы — просто полюбовались необычными свойствами обычных вещей.

Так в последнее время космонавты полюбили снимать ролики с водой, которая ведет себя в космосе самым волшебным образом.

Под воздействием силы поверхностного натяжения, которая стремится уменьшить площадь поверхности жидкости, вода в безгравитационном пространстве демонстрирует настоящие фокусы.

Так, разлитая жидкость собирается в один шар прямо в воздухе, не касаясь плоской поверхности. Наполнить водой бутылку будет совершенно невозможно: из жидкости образуются крошечные пузыри, которые будут плавать по емкости, не оставаясь на дне и не смешиваясь. Не менее сложным будет выплеснуть воду из заполненного сосуда − бутылку необходимо будет трясти или крутить так, чтобы жидкость прилипла к стеклянным стенкам. Совершенно не возможно в космосе плакать: все слезы останутся на лице плачущего космонавта. И если плакать слишком долго, то вскоре все лицо будет находиться под толстым слоем водяного пузыря. Избавиться от него можно, только вытерев полотенцем.

А что же будет, если попытаться это полотенце потом выжать? Вода с полотенца останется на полотенце и не будет каплями разлетаться по пространству.

Именно из-за нестандартного поведения воды в космосе космонавты МКС не могут принимать душ. Заменой для космонавтов служат специальные влажные полотенца для обтирания.

Наверное, поэтому, не смотря на все чудеса космоса, космонавты все же очень скучают по дому, по душу и по нормальному поведению привычных вещей.

Источник