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.
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.
Башня для невесомости может появиться в Академгородке через 4 года
Новосибирские учёные надеются, что башня для экспериментов в невесомости появится к 2024 году.
Благодаря этому специалисты смогут изучать испарение и кипение в космосе и воссоздать условия других планет и невесомости на несколько секунд.
Анна Братушкина
17:39, 30 Декабря 2019
Такое приспособление называется башня сбрасывания. Учёные предполагают, что новосибирская будет 150-160 метров в высоту.
Сейчас есть несколько способов провести эксперимент в невесомости: в космосе, при вертикальном запуске и падении исследовательской ракеты и в параболических полётах — для этого самолёту необходимо набрать нужную скорость, высоту и лететь по особой траектории. Башня невесомости — самый недорогой метод для подобных исследований. Однако в России таких объектов для учёных нет.
«Прежде чем проводить эксперимент на МКС, нужно сделать это в более дешёвых условиях, чтобы понять, что всё работает.
Стоимость проведения экспериментов на МКС — около 5 тыс. евро за килограмм, то есть если у вас установка весит 100 килограммов, это большие деньги», — поделился с изданием Тайга.инфозаведующий лабораторией энергоэффективных технологий для наземных и космических технологий Института теплофизики СО РАН Вячеслав Чеверда.
Башни сбрасывания есть в нескольких странах. Они работают по разным принципам. Башню в Академгородке хотят сделать по примеру немецкой. Там из неё откачивают воздух и сбрасывают капсулу в вакууме. Сейчас специалисты из Германии разрабатывают новый проект. Теперь капсулу будут сбрасывать внутри башни на прочных тросах.
Благодаря башне один и тот же эксперимент можно проводить несколько раз с разными параметрами. Сейчас это невозможно, потому что слишком дорого. Учёные уверены: башня сбрасывания поможет не только российским учёным, но и зарубежным исследователям. В Институте теплофизики надеются на финансирование объекта по проекту «Академгородок 2.
0», за счёт национального проекта «Наука», а также заинтересованных инвесторов. Такая башня должна стать частью междисциплинарного исследовательского комплекса.
Эксперименты в невесомости помогают изучать испарение, кипение и теплообмен. В космических полётах используют системы жизнеобеспечения, они зависят от этих процессов. Во время длительных полётов (например, на Марс) доставить воду на корабль невозможно, поэтому она должна быть вторичной. Для этого нужны испаритель и конденсатор, которые будут хорошо работать в условиях невесомости.
#Финансы #Городские финансы #Наука #Город знаний
Подписывайтесь на наши соц.
Наталья Иванова: Космические технологии ученых ТюмГУ
Ученые ТюмГУ с коллегами из университета Лафборо (Великобритания) ведут работу по совместному проекту для Европейского космического агентства (ESA).
Эта деятельность началась год назад после победы в конкурсе инновационных проектов. Конкурс проводился Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ) и Лондонским королевским обществом (The Royal Society of London – ведущий научный центр с функциями национальной академии Великобритании) в соответствии с меморандумом о взаимопонимании между данными организациями.
О содержании исследований наша беседа с руководителем проекта с российской стороны федеральным исследователем, доцентом кафедры радиофизики ТюмГУ, кандидатом физико-математических наук Натальей Ивановой.
—Наталья Анатольевна, тема интернациональных исследований для неспециалиста звучит весьма мудрено.
— Не каждую поверхность можно очистить салфеткой или отмыть водой даже с применением моющих веществ. Как должно быть понятно, нано- и даже микрочастицы традиционными методами уборки не возьмешь… Вот тогда и нужны разрабатываемые нами методы. Что касается произвольной текстуры, то также известно, что поверхности бывают очень разные. И функциональное предназначение у каждой свое. У нас речь идет об экспериментальных приложениях, то есть о поверхностях (причем, различных текстур), на которых проводятся особые эксперименты, например, микрокипения – это когда кипят микроколичества жидкостей, суспензий. Для чистоты эксперимента на поверхности подложки не должно быть даже наночастиц постороннего вещества. А микрогравитация – это состояние в летательных аппаратах на параболической орбите или в космосе при очень малой гравитации, проще говоря – в невесомости.
Продолжая орбитальную направленность, надо заметить, что здесь еще существуют ограничения по массе груза. Значит, на каждый эксперимент подложку не возьмешь, поэтому и нужен оптимальный способ ее очистки для многократного использования.
—Земного применения ваши методы не получат?
—Получат, и очень широкое. Прежде всего, в сфере высоких, тонких технологий: уже говорила о космосе, плюс электроника, оптика, лазерная техника и многое другое.
—Как строится работа удаленных друг от друга коллективов?
—У нас общая тема, но у каждого свой подход. Работаем самостоятельно, однако пребываем в постоянном взаимодействии, обсуждая ход исследований. В прошлом году я ездила в Англию, запускали часть проекта. В этом году ждем у себя представителя университета Лафборо.
Сейчас совместно готовим две научные статьи – по нашим и их результатам.
—Кому и как пришла в голову именно эта тема для совместной работы?
—У коллег из Великобритании была проблема – они подавали в ESA два больших проекта на эту тему, и оба получили отказ из-за вопросов по полезному грузу и технике безопасности. Тогда они и предложили мне вместе заняться решением этой проблемы. Договорившись, каждый со своей стороны написал проект – мы в РФФИ, они – в The Royal Society of London. Нас поддержали обе инстанции.
—Почему именно вам предложили?
—Мы в университете уже занимались этой темой. И с коллегами из Лафборо сотрудничаем давно. В частности, я работаю с ними четыре года, совместно вели исследования по эффекту суперрастекания на различных поверхностях.
—Сегодня ваши исследования по удалению наночастиц на какой стадии?
—Протестировали ряд способов с разными частицами и на разных подложках.
Какие-то дали очень хорошие результаты, другие – не очень. На очереди – наши рекомендации Европейскому космическому агентству. По программе проекта ELIPS-4, в который наша группа включена официально, ESA будет проводить эксперименты по процессам испарения, кипения жидкостей и суспензий на различных поверхностях в условиях невесомости.
—Как долго планируете развивать проект?
—Грант на исследования по этой теме рассчитан на два года. Но проблема настолько фундаментальна, что исследования в данном направлении, несомненно, получат дальнейшее и, наверняка, длительное развитие.
—Кроме вас от ТюмГУ кто работает в проекте?
—В этой работе участвуют ученые университета, в частности, коллега по кафедре радиофизики Олег Тарасов, заведующий кафедрой математического моделирования Алексей Татосов. Но главное, что надо отметить, в ней задействованы студенты.
Пять наивных вопросов о космосе
Космос – это очень широкое понятие, выходящее за пределы космонавтики.
Есть множество интерпретаций слова: и философская, и инженерная, и физиологическая.
С точки зрения философии, в первую очередь, вспоминается, что «космос» на древнегреческом означает «порядок», в противовес «хаосу». Древние философы думали, что над нами всё красиво, математично, что сферы вращаются одна вокруг другой, а все планеты на них «закреплены». Теперь мы знаем, что всё не совсем так, но по сути мы тоже являемся частью космоса: наша планета движется вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с, вместе с Солнцем мы движемся вокруг галактики со скоростью около 220 км/с, а она в свою очередь тоже движется в группе галактик и так далее. Всё, что нас окружает, весь вселенский порядок вокруг нас – это космос.
По отношению к Вселенной термин «космос» впервые употребил Пифагор. Скорее всего, он имел в виду гипотетическое пространство над Землёй, которая тогда являлась для его современников центром Вселенной. Уже в современный язык слово ввёл в XIX веке немецкий физик Александр фон Гумбольдт в своём многотомном трактате о природе, который так и назывался «Kosmos» (именно через K, лишь позже в английском стали писать Cosmos).
Говоря об инженерной интерпретации, вспомним Гагарина. Когда он полетел, везде говорили, что это первый человек, который вышел в космическое пространство. Люди воспринимают космос как что-то конкретное: которое начинается в определенном месте, а всё, что ниже – это наша Земля, дом, уже не космическое пространство. Принято считать, что космос начинается со 100 километров над Землёй – это линия Кармана. Дальше уже космос. Кстати, NASA использует в качестве границы атмосферы отметку в 122 километра (400 000 футов), где «шаттлы» переключались с маневрирования с помощью двигателей на аэродинамическое маневрирование.
Часто понятие космос употребляется и в значении космической деятельности человека. Получается, что мы практически его освоили, по крайней мере, ближний космос. Это всё, что вращается по орбите, включая МКС и Луну. А вот Марс и другие планеты, до которых мы ещё не долетели – это дальний космос, хотя и его мы уже осваиваем.
Если же обратиться к физиологии человека, то важным оказывается то, что на высоте 9 км мы уже не сможем дышать, хотя атмосфера содержит кислород до высоты в 115 километров.
А на высоте около 19-20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт.ст., и температура кипения равна температуре тела – 36,6 градусов, что приводит к кипению воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметичной кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Значит, можно сказать, что для человека космос начинается уже на этой высоте.
По моей собственной интерпретации, космическое пространство начинается там, где не могут распространяться продольные колебания. Мы живем в воздушной оболочке Земли, и у нас есть возможность передавать звук – это продольные колебания воздушной среды. То есть при передаче звука мы используем воздух как «среду-передатчик». В космосе мы не можем использовать воздушную среду, чтобы передать звук, потому что там нет воздуха. Космонавты могут передавать звук, например, стукнув по поверхности космического аппарата. Но в космосе есть возможность передавать поперечные колебания, то есть свет, и вся передача энергии осуществляется благодаря излучению.
Излучение от Солнца передается через вакуум (космос) на Землю, ему не нужна среда для распространения.
В целом же, космос гораздо более многогранен, чем мы раньше думали. Представление людей о космосе последовательно усложнялось. Учёные предполагают, что космос состоит в том числе из тех веществ, которые нельзя зарегистрировать – тёмная материя, тёмная энергия – эти субстанции мы можем только выявить математически. Возможно, существует что-то ещё. Поэтому отвечать на вопрос, что такое космос, можно и с той точки зрения, как постепенно человечество усложняло значение этого слова, как знания давали понимание, что космос очень сложен. Может, когда-нибудь мы придем к пониманию, что космос – это всё сущее.
Светлая сторона науки
Вода в невесомости
Сабина Хоссенфельдер| Фото НАСА / Исследовательского центра Гленна Кипение на Земле, кипение в космосе — маленькие пузыри сливаются в один большой пузырь.  |
Этим утром я смотрел на чайную воду, ожидая, пока она закипит. Вам когда-нибудь приходило в голову, что поднимающаяся нагретая вода необходима для равномерного распределения температуры? Но что, если более горячая вода с меньшей плотностью не поднимается, потому что нет силы тяжести? Что ж, он остается на месте.
Вот как выглядит кипение в невесомости: нагретая вода остается рядом с нагревателем. Более удаленные от нагревателя участки остаются более прохладными, поэтому нагретая часть закипает раньше.Как только он закипает, пузырьки пара не поднимаются, а соединяются друг с другом за счет поверхностного натяжения. В конце концов, образуется один большой пузырь, который цепляется за нагреватель. Круто, а? Я имею ввиду, горячо.
Это похоже на это.
(полное видео у НАСА доступно по адресу http://science.nasa.gov/headlines/images/boiling/bubble0g.mpg. Вы также можете посмотреть взрыв водяного шара в открытом космосе здесь: http://www.space -video.info/misc/balloon.html).
Теперь я убежден, что парень, который построил мое отопление, пришел откуда-то из космоса.Вот так там дела, зачем беспокоиться. Все, что мне нужно делать, это спать на потолке.
Сабина Хоссенфельдер — физик-теоретик в Институте периметра. Вместе со своим мужем Стефеном Шерером она ведет блог Backreaction (http://backreaction.blogspot.com). Полную статью о кипящей воде в условиях невесомости можно найти на http://science.nasa.gov/headlines/y2001/ast07sep_2.htm.
Почему вода кипит в космическом вакууме? — Zidbits — Узнавайте что-то новое каждый день!
( Сегодня мы отвечаем на один из ваших вопросов читателя, который воспользовался нашей новой функцией «Спросите Zidbits!».)
В научно-фантастических сериалах и фильмах, когда кто-то или что-то попадает в космический вакуум, они часто мгновенно застывают.
Космический вакуум часто изображают как холодное, бесплодное место без атмосферы, которое может мгновенно убить без защиты. Пользователь Heron34 спросил нас, верна ли наука, стоящая за этими изображениями, или преувеличена.
Космический вакуум
Одно из распространенных заблуждений — это то, что космос очень холодный.В космосе почти нет среды для передачи или конвекции тепла. Объект или тело в космосе теряет или получает тепловую энергию за счет излучения. Это означает, что кто-то или что-то не замерзнет мгновенно, если подвергнуться воздействию. Фактически, в зависимости от вашего расстояния до звезды и под прямыми солнечными лучами вы можете действительно нагреться. Это потому, что излучение, которое вы получаете от звезды, будет больше, чем излучение, которое вы теряете. Строго говоря, в космосе нет температуры.
Отсутствие атмосферного давления?
Помимо отсутствия пригодной для дыхания атмосферы, второй наиболее опасной вещью для людей, подвергающихся воздействию космического вакуума, является отсутствие давления .
В вакууме нет давления. Для большинства жидкостей крайне важно оставаться в жидком состоянии, потому что без давления температура, при которой они начинают закипать, падает. Вода закипает, когда нет давления (и кровь, как бы болезненно это ни звучало).
Это означает, что в космическом вакууме чашка воды превратится в пар, прежде чем сможет замерзнуть.В конечном итоге он замерзнет, но сначала десублимируется, либо испарится в газ, а затем сразу превратится в твердое вещество.
А как насчет экстремальных давлений?
На противоположном конце спектра экстремальные давления могут привести к появлению экзотических жидкостей. Это чрезвычайное давление позволяет Юпитеру претендовать на самый большой океан в нашей солнечной системе. Это связано с тем, что глубоко внутри Юпитера давление его массивной атмосферы достаточно велико, чтобы превратить газообразный водород в жидкость.
Металлический водородный океан Юпитера
По мере того, как вы спускаетесь в атмосферу Юпитера, газообразный водород становится горячее и со временем становится паром.
По мере того как вы продолжаете двигаться дальше, это давление заставляет пар становиться все плотнее, пока он не станет неотличимым от горячей жидкости. Это приводит к тому, что Юпитер имеет «океан» глубиной в сотни миль.
Однако это еще не все. За океаном жидкого водорода Юпитера кроется нечто еще более причудливое. В сочетании с атмосферным давлением и давлением этого жидкого океана он сжимает водород во что-то еще. Очень экзотический и особый тип водорода, называемый «металлический жидкий водород».
Металлический водород образуется при давлениях, превышающих давление на Земле более чем в 3 миллиона раз. Из-за этого экстремального давления этот «металлический гидрогрен» океан горячее, чем поверхность солнца, и светится жутко-синим. Самое близкое к нему на земле — жидкая сталь, и, как и сталь, она является отличным проводником электричества. Это то, что дает Юпитеру его массивное магнитное поле.
Может ли дождь железо?
При еще большем давлении, как у коричневых карликов, может идти дождь из железа.
Коричневые карлики — это газовые гиганты, подобные Юпитеру, за исключением того, что они в 75 раз массивнее. У них недостаточно массы, чтобы начать ядерный синтез и стать звездой, но из-за своей массы и давления они все еще очень, очень горячие. Хотя, несмотря на то, что они называются «коричневыми карликами», эти «несостоявшиеся звезды» светятся вишнево-красным цветом, как остывающий уголь.
Коричневые карлики настолько горячие и такое сильное давление, что облака на коричневом карлике состоят не из водяного пара, как на Земле, а из паров железа. Вглубь этих объектов давление становится достаточным, где пары железа будут конденсироваться, и он будет «проливать» дождь из капель расплавленного железа, как будто идет дождь из воды здесь, на Земле.
Вселенная, безусловно, странное и экзотическое место.
Температура кипения воды — При какой температуре кипит вода?
Нормальная температура кипения воды составляет 100 ° C или 212 ° F. Изменения высоты влияют на температуру кипения, потому что они влияют на атмосферное давление.
Нормальная температура кипения воды составляет 100 ° C, 212 ° F или 373,1 K. «Нормальный» относится к уровню моря или высоте 0 метров над уровнем моря. Но температура кипения воды меняется с высотой. Точка кипения — это более высокая температура ниже уровня моря и более низкая температура над уровнем моря.
Факторы, влияющие на точку кипения воды
Точка кипения воды — это температура, при которой давление пара жидкости равно атмосферному давлению. Причина, по которой точка кипения изменяется с увеличением высоты, заключается в изменении атмосферного давления. Эффект заметен, если сравнить температуру кипения в долине и на вершине горы. На каждые 150 м (500 футов) увеличения высоты точка кипения воды снижается примерно на половину градуса Цельсия или один градус Фаренгейта.Но даже ежедневные изменения барометрического давления влияют на точку кипения, хотя разница температур слишком мала, чтобы ее можно было заметить.
Атмосферное давление — не единственный фактор, влияющий на температуру кипения.
Примеси повышают точку кипения за счет процесса, называемого повышением точки кипения. Например, добавление соли в воду увеличивает ее температуру кипения. Хотя некоторые люди добавляют соль в кипящую воду, потому что думают, что при более высокой температуре она приготовит пищу быстрее, на самом деле эффект слишком мал, чтобы что-то изменить.
Точка кипения в Денвере, Ла-Пасе и других местах
Вода кипит при более низкой температуре в таких городах, как Денвер и Ла-Пас, но при более высокой температуре в таких местах, как Долина Смерти и Мертвое море. Если вы живете на большой высоте, еда готовится при более низкой температуре, поэтому приготовление часто занимает больше времени. Вы не можете сделать воду горячее, если кипятите ее дольше или нагревает больше. Вот почему многие рецепты включают рекомендации по приготовлению на большой высоте или рекомендуют использовать скороварку.
| Местоположение | Высота | Точка кипения (° C) | Точка кипения (° F) |
| Мертвое море | -427 м (-1401 фут) | 101,4 | 214,5 |
| Долина Смерти | -86 м (-282 футов) | 100,3 | 212,5 |
| Баку, Азербайджан (нижний столичный город) | -28 м (-92 футов) ) | 100. 1 | 212,2 |
| Уровень моря | 0 м (0 футов) | 100 | 212 |
| Лондон | 14 м (36 футов) | 99,96 | 211,9 |
| Денвер | 1609 м (5280 футов) | 94,7 | 202,5 |
| Ла-Пас, Боливия (самый высокий столичный город) | 3640 м (11942 футов) | 87,8 | 190,0 |
| Mt. Эверест | 8848 м (29029 футов) | 69.9 | 157,8 |
Кипячение воды при комнатной температуре
Вы можете вскипятить воду при комнатной температуре, если достаточно понизить атмосферное давление. Вы можете продемонстрировать это на себе, используя пластиковый шприц. Наберите в шприц небольшой объем воды, оставив много воздуха. Теперь прижмите палец к открытому концу шприца, чтобы закрыть его, и как можно быстрее потяните за поршень, чтобы снизить давление.
Чтобы отточить технику, может потребоваться пара попыток, но вы можете увидеть, как вода закипает. Если у вас есть доступ к вакуумному насосу, более простой способ — создать вакуум в герметичной емкости с водой.
Вода замерзает или кипит в космосе?
Точно так же вода сразу закипает в космическом вакууме. Затем пар немедленно кристаллизуется в лед. Если вы посмотрите, как запускается ракета в космос, иногда можно увидеть образование льда на поверхности.Кроме того, когда космонавты выпускают мочу в космос, она испаряется, прежде чем образует замороженные кристаллы.
Ссылки
- ДеВое, Ховард (2000). Термодинамика и химия (1-е изд.). Прентис-Холл. ISBN 0-02-328741-1.
- Голдберг, Дэвид Э. (1988). 3 000 решенных задач по химии (1-е изд.). Макгроу-Хилл. раздел 17.43. ISBN 0-07-023684-4.
- Вест, Дж. Б. (1999). «Барометрическое давление на Mt.
