Если бы я стоял рядом с куском металла, нагретым до миллиона градусов, но в идеальном вакууме, было бы мне жарко?

Мой друг сказал мне, что если бы вы стояли рядом с металлической пластиной, раскаленной на миллионы градусов, в 100% вакууме, вы бы не почувствовали ее тепла. Это правда? Я понимаю рассуждение о том, что воздуха нет, следовательно, нет и конвекции, и если вы не прикасаетесь к нему, то нет и проводимости. Я больше спрашиваю о тепловом излучении, испускаемом им.

Комментарии представляют собой краткие сообщения для обратной связи, добавления второстепенной информации, запроса разъяснений или обсуждения содержания публикации . Комментарии, которые на самом деле являются ответами на вопрос, будут удалены.

Ответы (8)

Я больше спрашиваю о тепловом излучении, испускаемом им.

Вот количественная оценка.

Предположим, что горячая пластина оставалась неповрежденной достаточно долго, чтобы провести эксперимент. Для грубой оценки мы можем рассматривать горячую металлическую пластину как черное тело. Согласно закону смещения Вина , электромагнитное излучение, испускаемое черным телом при температуре Т сильнее всего на длине волны

(1) λ "=" б Т б ≈ 2,9 × 10 − 3   м ⋅ К .
Полная мощность, излучаемая на единицу площади, определяется законом Стефана-Больцмана.
(2) п А "=" о Т 4 о ≈ 5.7 × 10 − 8   Вт м 2 ⋅ К 4 .
Для Т "=" 10 6   К , эти оценки дают
λ ≈ 2,9 × 10 − 9   м
и
п А ≈ 5.7 × 10 16   Вт м 2 .
Эта длина волны находится в рентгеновском диапазоне, и этот уровень мощности более чем в триллион раз превышает мощность, которую человек на Земле получил бы от солнца, если бы не было облаков и воздуха.

Вы бы это почувствовали? Я не уверен. Наверное, только очень кратко.

Учитывая, насколько медленны нервные сигналы по сравнению со светом, я уверен, что вы их не почувствуете :P
Справедливо ли аппроксимировать металл черным телом? Имеют ли обычные металлы высокую излучательную способность при высоких температурах (пока они еще не испаряются)?
@Руслан. Перефразируя комментарий пользователя Fattie: «Конечно и очевидно, вопрос о том, что металл не будет металлом — или черным телом, или испарится — при такой температуре, не является предметом вопроса.
Остается вопрос о размере тарелки и расстоянии между человеком и тарелкой. Пластина в миллион кельвинов площадью 1 кв. м на расстоянии 150 млн км мало что даст, потому что ее излучение будет распространяться на сферу, центром которой она является.
@ J.Manuel Несмотря на это, комментарий Руслана по-прежнему справедлив, если они задаются вопросом, сильно ли это повлияет на ответ.
@Ian OP уточнил, что испытуемый будет стоять «рядом с тарелкой», и упомянул «но не прикасаться к ней». Таким образом, расстояние составляет от 0,1 до 1 метра.
@Ruslan Даже если бы каким-то образом пластина излучала только 0,1% того, что вы ожидаете от излучения черного тела, это не сильно изменилось бы в этих масштабах.
Кроме того, даже если мы проигнорируем радиацию, взорвавшаяся металлическая пластина испарит вас прежде, чем вы что-нибудь почувствуете. При миллионе градусов нет такой вещи, как металлическая пластина, есть только горячая, плотная плазма...
@ J.Manuel При таких температурах мы попадаем в царство «экзотической» материи. Электроны будут свободны (достаточно), значит черное тело.
@ Арон, я имею в виду, ты сосредотачиваешься на неправильной идее. Когда двое друзей ведут дискуссию, эти нелепые цифры призваны подчеркнуть точку зрения. В этом случае « тепло не может передаваться через вакуум или минимально передается через излучение », что является главной проблемой ОП, и короткий ответ на это « нет, может ». Так что 100000 градусов здесь не при чем. Этот ответ идет дальше, даже давая представление о том, что произойдет, если вы окажетесь рядом с «чем-то (чем-нибудь)» при температуре 1000000 градусов: вы, вероятно, будете распылены.
J.Manuel О-о-о, у электронов релятивистская энергия! Так что черенковское излучение тоже начнет играть роль!

Другие ответы дают хорошее объяснение, почему ваш друг ошибается в этом случае. Я просто хочу указать, как вы оба могли бы легко прийти к одному и тому же выводу, не зная большой части физики:

Поверхность Солнца составляет около 6000 градусов (по Цельсию и Кельвину). От вас его отделяют 150 миллионов километров вакуума, но вы это отчетливо чувствуете. Отсюда следует, что вы могли ощущать и более высокие температуры, вплоть до того момента, когда вы вообще ничего не чувствовали.

Хотя это правда, это не следует. Без более широких знаний мы могли бы заключить, что хотя атмосфера вокруг нас нагревается, пространство за ее пределами — нет.
@Strawberry Я не понимаю, что ты имеешь в виду. Делаете ли вы различие между местами, где есть что нагревать (атмосфера) и местами, где ничего нет (космическое пространство)? Если так, то где бы вы ни были, по определению есть что топить. Если вы просто говорите, что они могут быть чем-то особенным в атмосфере, что она поглощает тепло, а человеческое тело не поглощает, то нет никаких априорных причин так думать.
Однако ощущение Солнца с Земли связано не с температурой поверхности Солнца, не так ли? Мне кажется, речь идет об излучении от ядерных реакций там.
@Dronz нет, если ты имеешь в виду гамма-лучи. Вы не чувствуете гамма-лучи как тепло. Это тепловое излучение, которое вы можете почувствовать как тепло. А тепловое излучение является прямым следствием температуры поверхности.
@Džuris О, значит, все, что имеет такую ​​большую поверхность при такой температуре, будет излучать столько теплового излучения, независимо от внутренней части (хотя в данном случае поверхность является результатом внутренней части)? (И будет ли справедливо сказать, что тепловое излучение — это свет?)
@Dronz Точно. Более того, лишь относительно небольшая часть излучения проникает в верхние слои Солнца, большая часть его отражается внутрь и, как я полагаю, преобразуется в более длинноволновое излучение, такое как инфракрасное излучение.
@Strawberry «в то время как атмосфера вокруг нас нагревается, пространство за ее пределами не нагревается». В том-то и дело, что температура атмосферы поднимается на пару сотен кельвинов выше, чем она была бы, если бы ее не нагревало Солнце, а Солнце гораздо холоднее и дальше, чем объект, предполагаемый вопросом. Если объект с температурой поверхности 6000 кельвинов, разделенный 150 миллионами километров вакуума, может нагреть что-то на пару сотен кельвинов, то объект с температурой в миллион градусов кельвина на расстоянии всего в метр или около того определенно будет иметь заметный тепловой эффект. .
Как и у Дронза, у меня тут немного разъединение. Ядро Земли также имеет температуру около 6000 К и намного ближе. И все же мы не загорелы его излучением черного тела. Я не говорю, что мне не понравится геотермальное тепло, согревающее мой таунхаус зимой :-) Просто немного удивлен, что солнце будет «просто черным телом при 6000K».
@JyrkiLahtonen, излучение ядра Земли останавливается слоями металла и камня над ядром. Энергия должна передаваться посредством проводимости, что занимает много времени с чем-то таким массивным, как планета. Именно поэтому поверхность Солнца составляет всего 6kK вместо 15MK.
@JyrkiLahtonen Поверхность Солнца и ядро ​​Земли . Если магическим образом обнажить ядро ​​Земли, оно действительно будет светиться так же сильно, как Солнце. Обратите внимание, что «загар» в любом случае не имеет значения, так как это та часть, которая исходит не от поверхности — подобные Солнцу уровни УФ-излучения требуют более высоких температур, чем ядро ​​​​Земли. Но это двойное значение не имеет значения, так как вы все равно не ощущаете УФ-излучение как тепло — вот почему так легко получить солнечный ожог в слегка пасмурный день; видимый и инфракрасный свет (большая часть «тепла», которое мы ощущаем) легко поглощается и рассеивается даже тонкими облаками, в то время как УФ — нет.
Спасибо @Luaan. Да, говорить о "загаре" было глупо.
Спасибо @MichaelS. Это цифры. Думаю, я был просто немного удивлен тем, что температура поверхности Солнца (или температуры этой воображаемой «тарелки») — единственное, что имеет значение.
@anaximander температура поверхности 6000 кельвинов, разделенных 150 миллионами километров . Помните, что солнце огромно . Если вы возьмете кусок металла, нагретый до 6000 кельвинов, и поместите его на расстоянии 150 миллионов километров от себя, вы даже не заметите этого. Он не выделит даже доли той энергии, которую выделяет солнце.
@forest Верно. Объект в n раз больше Солнца должен быть в n раз ближе, если я не ошибаюсь в математике.

Ваш друг совершенно неправ. Рассмотрим следующие вещи:

  1. Температура, о которой вы говорите, очень высока, ни один металл не будет находиться в твердом состоянии при такой температуре, о которой вы говорите. Так что, прежде чем ваша тарелка достигнет миллионов градусов, она задолго до этого расплавится.

  2. Ваше понимание верно с точки зрения теплового излучения. Излучение Солнца достигает Земли, и между ними возникает вакуум. Итак, если у вас есть такой горячий объект, о котором вы говорите, он будет излучать энергию теплового излучения в единицу времени в соответствии с уравнением Стефана-Больцмана. И помните, скорость испускаемого излучения пропорциональна четвертой степени температуры, поэтому удвоение температуры увеличит скорость в 16 раз. Вы можете рассчитать энергию, достигающую единицы площади вашей кожи, и узнать, что произойдет!

Разве вы не имеете в виду, что тарелка будет сублимировать вместо того, чтобы плавиться, поскольку температура выше ее точки кипения?
@Ferrybig Поскольку ОП не упомянул скорость, с которой температура повышается до миллионов градусов, поэтому я не предполагал, что температура внезапно поднимется до миллионов градусов. Я согласен с тем, что ни один из ОП не упомянул, что температура медленно повышается, чтобы металл мог расплавиться, поэтому, думаю, я понял вашу точку зрения. Просто я не чувствовал, учитывая цель вопроса, быть слишком техническим в вещах, которые не имеют значения для общего сообщения, которое должен передать ответ. Иногда я чувствую, что чрезмерное техническое излишество, когда в этом нет необходимости, может убить цель передачи понимания.
Забавно, но в данном случае я думаю, что это может сублимировать; но не по причинам, которые предлагает Ferrybig. Так же наверное сильно зависит от металла, я смог быстро найти информацию только по железу. Если вы предполагаете действительно идеальный вакуум, железо не имеет жидкой фазы при таких давлениях, поэтому оно будет сублимировать, по крайней мере, вначале. Парциального давления паров железа может быть достаточно, чтобы все остальное начало плавиться, как только часть его испарится.
@JMac Что ж, это хороший момент, я не думал в этом направлении. Спасибо за публикацию.
@Ferrybig полностью ионизируется, а не сублимируется.
@OrangeDog Вероятно, вы могли бы сказать, что он сделает и то, и другое. Это начнется с сублимации в начале нагревания; но как только он начинает достигать более высоких температур, я не думаю, что разумно предполагать, что это твердое тело, жидкость или газ.

Мой друг сказал мне, что если бы вы стояли рядом с металлической пластиной, раскаленной на миллионы градусов, в 100% вакууме, вы бы не почувствовали ее тепла. Это правда?

Не правда. Тепло может проходить через физическую среду или передаваться в виде электромагнитного излучения, в частности, инфракрасных волн, прошедших через вакуум.

Возможно, вы захотите изменить ту часть, где вы указываете, что для покачивания низкотемпературных объектов требуется конвекция/проводимость. Все объекты испускают излучение черного тела. Интенсивность/энергия зависит от температуры — вот почему хищники с инфракрасным зрением могут видеть тепло своей добычи, в то время как предметы, нагретые на несколько сотен градусов, светятся красным, а предметы, нагретые еще больше, становятся белыми. Он может быть не виден при более низких температурах, но излучение все равно происходит.

На самом деле, ваш друг, вероятно, прав, но не по той причине. Такое количество энергии очень быстро поджарит вас и, вероятно, убьет нервы, прежде чем они успеют сказать «горячо!»

Помните, энергия идет в четвертой степени температуры. 100-кратная температура Солнца равняется 100-миллионной энергии. Нет такого вопроса, которого было бы достаточно, чтобы убить вас очень быстро, единственная неуверенность, которая у меня есть, заключается в том, почувствуете ли вы что-нибудь до того, как это произойдет.

Почему отрицательные голоса? На самом деле это самый правильный ответ. Находясь рядом с чем-то, что более чем в сто раз превышает температуру поверхности Солнца, вы почувствуете себя мертвым (на что бы это ни было похоже).
+1 поставил его на ноль, но это все еще плохой ответ, потому что он не объясняет, почему. См. ответ с наибольшим количеством голосов, чтобы увидеть пример того же пункта, сделанного хорошо.
Вы ничего не воспримете до того, как это произойдет. Энергия, которую вы получили бы, была бы больше, чем если бы вы сидели на водородной бомбе, и, естественно, волна давления от бомбы распространяется гораздо медленнее света.
@forest Проблема в том, насколько быстро нервы могут ощущать и как быстро сигналы проходят по нервам. Самые быстрые сигналы имеют скорость всего около 120 м/с, и мозгу также требуется время, чтобы преобразовать этот импульс в ощущение.

Тепловое излучение действительно было бы проблемой, но есть несколько интересных аспектов этого вопроса и ответа на него, которые скрыты гиперболой. Поучительно отбросить гиперболу, чтобы узнать больше.

Во-первых, «миллионы градусов» несовместимы с «металлом» в обычном смысле. Железо кипит при 2862°С. Вольфрам плавится при 3422°С и кипит при 5930°С[1]. При температуре в миллионы градусов у вас будет расширяющийся плазменный шар, конкурирующий с собственным тепловым излучением, чтобы взорваться и убить вас. Мы могли бы постулировать, что что-то ограничивает плазму, и в этом случае тепловое излучение приготовит вас в короткие сроки, как описано в других ответах.

Однако я думаю, что ваш друг, возможно, имел в виду вполне реальное явление, которое часто затемняется вводными программами по физике. Я не вижу, чтобы это упоминалось здесь, но оно буквально и метафорически сожгло многих людей, поэтому стоит переформулировать вопрос, чтобы выделить это явление.

«Если вы помашете рукой рядом с блоком алюминия, нагретым до 660 ° C, чуть ниже его температуры плавления, почувствуете ли вы тепло, предполагая, что конвективная теплопередача пренебрежимо мала?»

Мы знакомы с горячими предметами в повседневной жизни и интуитивно ожидаем, что горячие предметы будут излучать тепло. Закон Стефана-Больцмана говорит нам, сколько энергии излучает черное тело на единицу площади, и многие объекты в нашей повседневной жизни прилично аппроксимируются черными телами. Если предположить, что алюминий ведет себя как абсолютно черное тело, к чему вы теперь должны относиться с большим подозрением, вы можете интуитивно ожидать, что почувствуете примерно следующую мощность/площадь излучаемого тепла, когда будете махать рукой мимо:

п А "=" о Т 4 ≈ ( 5,67 ⋅ 10 − 8 ) ( 273 + 660 ) 4 ≈ 4.3 Вт / с м 2

Вы почувствуете только 3% этого. Вы можете ошибочно предположить, что алюминий имеет низкую температуру, прикоснуться к нему и обжечься. У многих есть.

Причина проста в том, что многие материалы во многих условиях ведут себя не как черные тела. Алюминий — печально известный аутсайдер. Отношение фактического испускаемого теплового излучения к излучению черного тела называется коэффициентом теплового излучения и сильно различается для разных материалов, отделки поверхности и т. д.:

https://en.wikipedia.org/wiki/Излучательная способность

В лаборатории это имеет практические последствия. Вы не можете определить температуру блестящих металлических поверхностей с помощью тепловизионной камеры, потому что эти поверхности будут вести себя как зеркала, а не светящиеся палочки, указывающие температуру. Вы можете решить эту проблему, добавив маленькие черные пятна на любые блестящие части, которые вам нужно измерить.

По крайней мере, раз в год я удивляюсь, собирая схему, наблюдая за ней через тепловизионную камеру при первом включении питания, протягивая руку, чтобы включить источник питания, и отпрыгивая назад при внезапном скачке температуры из-за того, что вижу тепловое отражение моей руки в блестящие компоненты.

[1] Взято непосредственно со страниц Википедии для железа и вольфрама. Я считаю, что эти температуры предполагают вакуум, но не проверял это. Тем не менее, я не ожидал бы, что P=1 атм коренным образом изменит дискуссию.

Вы почувствуете его излучение черного тела, поскольку это электромагнитная волна, и для ее распространения не требуется физическая поддержка. Кроме того, «100% вакуум» не является строгим определением состояния вашей системы.

Ответ будет одинаковым независимо от того, находитесь ли вы в сверхвысоком вакууме или при 500 атмосферах. Вы бы умерли мгновенно в любом случае.
@forest Вы правы, я просто указал на проблему в определении вопроса, хотя это и не влияет на результат.
@forest На самом деле при 500 атмосфер будет кондуктивно-конвективный перенос.

Ответы черного тела хороши, но я хотел бы отметить, что никто не учитывал количество присутствующего материала. Если бы у вас был металлический газ со 100 атомами, подчиняющийся распределению Максвелла-Больцмана при указанной температуре, вы бы ничего не почувствовали.

100 атомов вряд ли можно описать как «металлическую пластину», как указано в вопросе.
Учитывая, что тарелка представляет собой диск радиуса X в 1 метре от человека, аппроксимируя Солнце диском радиуса 700 мм, 150 мм от человека, мы получаем 1 м= X²×15,6×10¹⁵÷441 , что дает нам X Радиус = 170 нм , что соответствует интенсивности Солнца. Примерно размером с вирус . (Радиус 1 мкм с алюминием при коэффициенте излучения 3%). Я не думаю, что это то, что имел в виду ОП.
Если бы я стоял рядом с куском металла, нагретым до миллиона градусов, но в идеальном вакууме, было бы мне жарко?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v