Если астронавт выбросит в космос чашку кофе, она замерзнет или испарится в газ?

Если бы астронавт каким-то образом выбросил в космос чашку кофе, замерзла бы она в блок или испарилась бы в газ из-за нулевого давления?

зависит от того, куда вы его бросите имхо. Если он будет направлен прямо к солнцу, он может закипеть, а если его бросить в другом месте, он замерзнет.
Этот ответ содержит видеоролики, показывающие сбросы воды с шаттла. space.stackexchange.com/a/33876/6944
Оба? Испарение – это процесс охлаждения. Часть жидкости быстро испарялась, понижая температуру до такой степени, что остальная часть замерзала. Тогда сами замороженные частицы испарятся.
Для проведения эксперимента даже не обязательно лететь в космос. Если здесь, на земле, станет достаточно холодно, вы можете бросить в воздух кастрюлю с кипящей водой, и она исчезнет, ​​прежде чем упадет на землю.
Лед может испариться. Я мыл свою машину при минусовой погоде и ни разу не удосужился ее высушить. Все замерзшие капельки испарились за ночь в гараже при минусовой температуре. Было очень явно минус, около -20С, и не было никакой возможности, чтобы она поднималась выше нуля все время, пока машина стояла в гараже. Ни солнца, ни повышения температуры, только испарение мелких капель льда.
@MadHatter напомнил мне, что мне нужно добавить сюда фото. Я начну сегодня... Какие компоненты растворимого кофе делают его расплывающимся?
Кофе рассеется от вас облаком замерзшего снега. Другие астронавты, OTOH, сойдутся на вас кипящей толпой, потому что вы выбросили их кофе.
Как кофе держится в чашке?
Почему он "кипит" в газ?

Ответы (4)

Это было проверено почти шестьдесят лет назад. Используя очень большую чашку, наполненную 95 тоннами воды. Использовалась пустая вторая ступень испытываемого Сатурна I. Должна быть испытана только первая ступень, но с полной полезной нагрузкой заполненного водой макета верхней ступени. Манекены с танками, но без дорогих двигателей. Манекены должны иметь ту же форму и массу, что и реальная вторая ступень, а центр масс должен находиться в том же месте. Для испытания первой ступени в любом случае требовались манекены с водяным балластом, нужен был только заряд взрывчатого вещества, чтобы выпустить воду в самой высокой точке.

Из этой архивной медиа-страницы НАСА :

введите описание изображения здесь

Дата : 25.04.1962
Название : Запуск Saturn I SA-2
Описание : Второй полет корабля Saturn I, SA-2, был успешно запущен с мыса Канаверал, штат Флорида, 15 апреля 1962 года. У этого корабля была второстепенная миссия. После отключения первой ступени на высоте 65 миль взорвалась заполненная водой верхняя ступень, сбросив в верхние слои атмосферы 95 тонн воды. Образовавшееся массивное ледяное облако поднялось на высоту 90 миль. Эксперимент под названием Project Highwater был предназначен для изучения воздействия на ионосферу внезапного выброса такого большого объема воды.
ID : MSFC-6203276
Авторы и права : Центр космических полетов имени Маршалла НАСА (NASA-MSFC)

Таким образом, вода замерзнет не в глыбу, а в облако кристаллов льда. Эти маленькие частицы льда не растаяли бы, а сразу превратились бы в водяной пар. Это называется сублимацией: когда твердое тело переходит непосредственно в пар без жидкого состояния между твердым и газообразным.

Но как вода превращается в лед? Жидкая вода выделяет некоторое количество пара и охлаждается за счет испарения. Таким образом, часть жидкости превращается в пар, а часть в лед. Испарение воды отнимает много тепловой энергии.

Был написан отчет объемом 127 страниц .

Но как насчет чашки кофе? В невесомости вы не можете обращаться с жидкостями в чашках. В герметичной капсуле кофе будет плавать свободно, его форма будет шаром. Если вы разгерметизируете капсулу, чтобы подвергнуть кофе воздействию космического вакуума, вода закипит при более низком давлении воздуха, часть превратится в пар, а остальная часть в кристаллы льда. Кристаллы льда будут выброшены вместе с воздухом в космос. Когда давление настолько низкое, что люк можно открыть, в капсуле остается очень мало кристаллов.

Если вы хотите увидеть, что происходит с небольшим объемом воды в космосе, вам понадобится закрытая и находящаяся под давлением бутылка, чтобы выкачать воду из капсулы. Если вы откроете бутылку, то увидите облако кристаллов льда.

Википедия: Проект Highwater

Я не понимаю, как взрыв огромного резервуара с водой может что-то сказать нам о том, что произойдет с чашкой кофе, брошенной в космос вручную. Да, существуют физические процессы, называемые испарением, сублимацией и тепловым излучением, но то, что на самом деле произойдет в данной ситуации, будет во многом зависеть от начальных условий, а эти условия не совпадают с теми, которые обсуждаются в вопросе.
@uhoh Если предположить, что это произошло в камере, имитирующей холод и космический вакуум.
@trognanders Важно понимать, что у космоса нет температуры. Тем не менее, вещи в космосе таковы, и эта температура сильно зависит от того, находятся ли они на солнечном свете и сколько его поглощают. Например, поверхность Луны сильно нагревается на солнце.
Как вы думаете, почему он полностью испарится до того, как давление упадет до нуля? У чашки кофе недостаточно энергии, чтобы испарить весь кофе, не так ли? Я ожидаю, что он начнет кипеть, температура быстро снизится, и если вы не уменьшите давление слишком быстро, он должен остаться цельным из-за поверхностного натяжения и в конечном итоге стать твердым блоком более крепкого кофе.
Сатурн-1 представлял собой двухступенчатую ракету с использованием ступеней SI и S-IV. В этом испытании была фиктивная вторая ступень и фиктивный обтекатель полезной нагрузки в неопределенной форме капсулы Аполлона и служебного модуля. Теоретически Сатурн I и V (наряду с большинством, если не со всеми другими вариантами исследования) могли нести на вершине ступень SV, полученную от Centaur. Но эта конфигурация никогда не развивалась дальше различных бумажных исследований.
@Peter-ReinstateMonica «в космосе нет температуры». Да и нет. Для каждой точки пространства существует такая температура, при которой черное тело при этой температуре находилось бы в тепловом равновесии. Таким образом, есть смысл, в котором эта точка в пространстве имеет эту температуру.
Это натолкнуло меня на мысль о кофейной чашке со шнуром, привязанным к краю, чтобы вы могли вращать ее, пока работаете, чтобы кофе оставался внутри.
@Накопление, но также и нет в том смысле, что вакуум не допускает конвективного охлаждения, а радиационное охлаждение при 370K ужасно медленное.
@Accumulation Однако это не научное и даже не разговорное определение температуры.
@Fax Что именно вы утверждаете, это научное определение температуры, которое не применимо к космосу? Я могу придумать два определения: во-первых, если два объекта с разной температурой находятся в тепловом контакте, то теплота будет перетекать от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой (нулевой закон); во-вторых, математическое определение 1 / Т "=" ∂ С / ∂ U . Любой из них можно использовать для определения температуры небольшой области пространства примерно так же, как и для небольшой области материи.
@DavidZ Температура - это мера качества состояния материала. Холодность космоса — пустая истина.

Он не замерзнет в блок . Он быстро расширится и закипит, но не до бурного кипения. Без давления в кофе будут образовываться пузырьки, которые быстро расширятся, заставляя его выплескиваться из кружки, как только вы отпустите защелку, которая была бы необходима, чтобы удерживать крышку. Но испарение приводит к охлаждению, поэтому миллионы замороженных кристаллов кофе образуются и быстро рассеиваются. На нашем расстоянии от Солнца кристаллы со временем испарялись бы (то есть возвышались). В глубоком космосе, вдали от солнца, они могут существовать бесконечно долго.

Это действительно интересно! Пузырьки обычно любят образовываться (потоки пузырьков поднимаются вверх по стенкам стакана пива/газировки, Mentos бросают в бутылку колы), поэтому конкуренция между быстрой разборкой с помощью шипения и радиационным + испарительным охлаждением/замораживанием означает, что это зависит от того, насколько сильно кофе выбрасывается/рассыпается на капли, а также качество используемого фильтра и тонкость помола.
Так что, по сути, кофе превратился бы в снег.
@СФ. Coffee Snow звучит как название вкуснейшего мороженого.
Я предполагаю, что в кофе будет достаточно частиц, чтобы, поскольку точка кипения сейчас намного ниже температуры, зародышеобразование произошло бы во многих местах. Но, возможно, пузырьки, быстро образующиеся на поверхности кружки, будут основным эжектором; Я не уверен, что это будет выглядеть заметно иначе.
Замороженные кофейные пузыри больше похожи на замороженный капучино. Что скажут итальянцы и австралийцы ?
FWIW без гравитации пузырькам, созданным за счет зародышеобразования, некуда было бы деваться. Вместо того, чтобы подниматься наверх, они толкали жидкость, предполагая, что для нее есть выход.
@aslum с объемным соотношением примерно 1000: 1, если, скажем, 1% воды быстро превратится в газ в виде пузырьков, объем воды будет вынужден ускоряться радиально наружу и очень быстро расширяться до десяти раз по сравнению с первоначальным размером ; и если ничто (кроме поверхностного натяжения) не остановит его, возможно, он просто вырвется наружу и продолжит движение. Обычно мы думаем о пузырьках в воде, возникающих из растворенного газа, которые медленно зарождаются. Но я думаю, что это было бы больше похоже на это ("древняя история" от 2009 года) youtube.com/watch?v=ZwyMcV9emmc
"Coffee Snow" звучит как название вкуснейшего мороженого. " Или рок-группа 90-х. Разве Coffee Snow какое-то время не выступал на разогреве у Nirvana? Сублимация - правильный ответ, ИМХО. В вакууме вода в кофе будет пытаться заполнить емкость, в которую ее налили, а пространство большое. Тогда солнечное и космическое излучение, вероятно, разложит молекулы на атомы.
Интересно, похоже ли это на выбрасывание кружки с кипящей водой в воздух, когда на улице очень холодно?
@trognanders Да, я так думаю. Разница в том, что из-за нехватки воздуха он будет расширяться быстрее в космосе, поэтому довольно быстро рассеется в невидимость. Та же аналогия проводится в ответе на этот связанный вопрос (также связанный с выше): astronomy.stackexchange.com/questions/24639/…
Я думаю, что вода в основном продолжала бы сублимировать даже вдали от Солнца, но очень медленно, в течение космологических времен, иначе кометы потеряли бы свой лед.
@СФ. кофейный снег. Который затем быстро сублимирует оставшийся лед, превращая его в очень мелкий порошок растворимого кофе. Который, если повезет, тут же осядет на объектив ближайшей камеры и запачкает его.
@T.Sar Ха-ха! :) Только что из космоса.
@uhoh: Если вы начнете с горячего кофе, вполне вероятно быстрое расширение. Если вы начнете с кофе при температуре, близкой к температуре замерзания, расширение будет намного более умеренным, так как скрытая теплота испарения воды довольно высока, поэтому после быстрого снижения температуры воды до нуля во время начального выкипания потребуется довольно много времени. остальное, чтобы получить достаточно тепла, чтобы создать больше пузырьков. Если вы начнете с ледяного латте, вы, скорее всего, увидите только слегка пенистый комочек льда.

Хотя существующие ответы кажутся мне в основном правильными, особенно в отношении факта «часть превратится в пар, а остальные в кристаллы льда», я думаю, что они опускают одно интересное объяснение. А именно, почему испарение вызывает охлаждение — понимание этого, кажется, предполагает, что точный эффект будет зависеть от того, насколько сильно вы бросаете чашку.

Хотя я никогда не проводил такого эксперимента в 0g, я неоднократно проводил его в 1g, чтобы объяснить это конкретное явление. Итак, я начну с той части, которую я видел (с использованием воды и вакуумного насоса).

Что такое испарение? Случайно ли, какая часть жидкости испаряется, а какая остается? Не совсем. На микроскопическом уровне это, в некоторой степени самоочевидно, молекулы, которые отрываются от поверхности, образуя пар. Теперь в жидкости, как и везде, молекулы имеют распределение разных значений кинетической энергии. Те, у кого больше всего шансов убежать, это те, у кого самая высокая кинетическая энергия. Когда их нет, те, что остались, имеют в среднем меньшую кинетическую энергию. Эта энергия и есть температура - становится ниже.

Таким образом, молекулы с более высокой энергией превратятся в пар, а низкоэнергетические — в лед. В 1 г они остаются вместе на дне сосуда. Небольшое предположение об 0-g: в зависимости от того, насколько велика чашка и как сильно она брошена, я думаю, что эти низкоэнергетические остатки могут образовывать большие или меньшие кристаллы льда. Большинство из них будет паром в любом случае.

Предполагая полную темноту и температуру кофе ниже точки кипения в космосе, кофе может остыть только за счет излучения. Если кофе выбрасывается горячим или холодным, разница лишь в том, что горячий кофе замерзает немного дольше, чем холодный. Если в помещении темно и кофе придать большую скорость, он разорвется на мелкие капли, остынет и замерзнет. Если капли очень маленькие, почти сразу все тепло будет излучаться. Так что если вы можете бросить, как распыление, это будет приятное зрелище.
Потери кофе на излучение будут самыми высокими для больших листов соединенного кофе. Плоский лист кофе излучает тепло быстрее всего. Поэтому, если вам удастся выбросить лист кофе из чашки, вы увидите, что лист затвердел. Чем тоньше лист, тем быстрее он замерзнет.
Замороженный кофе окажется в термодинамическом равновесии с космическим вакуумом, достигнув критической температуры около 2,7 (К).

Температура воды ниже температуры кипения на Земле. Но в космосе эта температура кипения ниже. Так что, если он имеет температуру кипения в космосе, он будет кипеть до мелких капель, вызывая брызги. Как ни бросай. Для более низких температур описанный выше сценарий достаточен.

"температура кофе ниже точки кипения в космосе" Не произойдет.
@OrganicMarble Почему бы и нет?
Какова температура кипения воды в вакууме?
@OrganicMarble Во время восхождения на Эверест около 69 градусов по Цельсию. Я полагаю, в космосе около 50 градусов?
@OrganicMarble Но в космосе давление равно нулю. Почему вода не должна кипеть в космосе? Если я нагрею его, то в какой-то момент появятся пузырьки. Однако на поверхность они не поднимутся. Они вырастут и разорвут воду.
@Methadont: я не думаю, что проблема в том, что вода не закипит, я думаю, проблема в том, что вода всегда будет кипеть в вакууме. Даже сталь сублимирует в вакууме (медленно)
@MooingDuck Я так не думаю. Если температура воды около 0 градусов (но выше), она останется жидкой.
@Methadont: Все жидкости и твердые тела сублимируют при нулевом давлении, независимо от температуры. физика.stackexchange.com/questions/132341/…
@MooingDuck Почему вода не может кипеть и сублимировать одновременно?
@Methadont Вода не может быть жидкой при давлении ниже тройной точки, и поэтому она буквально не кипит. Как правильно указывает Мычащая Утка, он сублимируется, что в основном то же самое, но не является жидкостью. Это то, что делает сухой лед.
@Fax Итак, в жидком водоеме в космосе не появятся пузырьки, если вы повысите его температуру?
@Methadont вода может кипеть и сублимировать одновременно только тогда, когда температура находится в тройной точке воды, где все три формы могут существовать вместе: твердый лед, жидкая вода и газообразный пар. Но для сублимации должна быть поверхность между твердой и газообразной водой без тонкого слоя воды между ними.
Если астронавт выбросит в космос чашку кофе, она замерзнет или испарится в газ?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v