Если я возьму в космос баллон с воздухом и открою его, куда он пойдет?

Молекулы газа в вашей бутылке с воздухом не просто сидят на месте, они движутся в случайных направлениях. Насколько я помню, скорость молекул кислорода и азота при комнатной температуре составляет около 500 метров в секунду.

Когда бутылка закрыта, молекулы воздуха ударяются о стенки и крышку бутылки и отскакивают назад, поэтому воздух остается в бутылке. Если вы снимете крышку, то из-за того, что молекулы газа движутся хаотично и с большой скоростью, довольно скоро большинство из них ускользнет через отверстие.

Теперь, если вы снимите крышку с бутылки здесь, на Земле, молекулы воздуха будут гудеть в атмосфере снаружи бутылки, поэтому в то же время, когда молекулы воздуха в бутылке улетучиваются, молекулы воздуха из атмосферного воздуха входят в бутылку. В результате бутылка остается наполненной воздухом.

Если вы снимете крышку в космосе, молекулы воздуха в бутылке вылетят, но в космосе нет молекул воздуха, которые могли бы их заменить, поэтому бутылка очень быстро опустеет. Молекулы воздуха, которые были в бутылке, улетят в открытый космос со скоростью несколько сотен метров в секунду.

Он рассеется в пространстве.

Космос — это почти идеальный вакуум — его давление почти равно нулю, и в нем очень мало материи (во всяком случае, в пустых частях).

С другой стороны, ваша бутылка имеет относительно высокое давление. Когда вы снимаете барьер (открывая крышку), воздух естественным образом поступает в область низкого давления.

Оказавшись там, он создает локальную сгусток воздуха с низким давлением, но не таким низким, как в окружающем пространстве. Эта локализованная капля будет распространяться из-за разницы давлений.

Теоретически частицы воздуха будут продолжать распространяться бесконечно, если мы пренебрежем гравитацией, тем фактом, что во Вселенной есть другие вещества и что материя не непрерывна. В любом случае, будет невероятно незначительное увеличение давления в непосредственной близости.

Вот и все — воздух просто растекается. Что-то вроде того, что происходит, когда вы кладете каплю красного пищевого красителя в резервуар с водой — сначала он создает локальную красную каплю, которая распространяется до тех пор, пока изменение цвета не станет незначительным.

Обратите внимание, что этот процесс в космосе будет намного быстрее, чем с красным пищевым красителем. Это два похожих явления, но механика у них разная.

Когда вы снимаете крышку, все молекулы, которые в противном случае попали бы в нее, улетучиваются, поскольку их ничто не сдерживает. Хотя молекулы движутся с типичной тепловой скоростью примерно 500 м/с, длина свободного пробега молекул в воздухе составляет около 70 нм, поэтому молекулам у дна бутылки требуется некоторое время, чтобы «узнать», что крышка открыта. Эффект представляет собой волну уменьшения давления, распространяющуюся от крышки ко дну со скоростью, близкой к скорости звука в бутылке.

Как говорил мой профессор, "энтальпийные правила!" Тепло/энергия будет рассеиваться в пространстве, а молекулы кислорода будут замедляться и двигаться, пока не найдут новое «место» для использования. В космосе может быть кислород, но нет атмосферы, которая удерживает его вместе, чтобы его могли использовать люди.

Он просто работает как воздушный шар здесь, на земле. Воздух имеет избыточное давление (поскольку в космосе фактически нулевое давление), поэтому, если вы откроете выход, он будет вытекать наружу, пока давление внутри не сравняется с давлением снаружи (т.е. 0). В этом отношении в космосе нет ничего особенного.