Жидкость в космосе


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: cosmos-online.ru

Вода в космосе


Для астронавтов, вода в космосе, впрочем, как и на Земле, является важнейшим ресурсом.

Все мы хорошо знаем, что без воды человек может прожить совсем не долго.

Так например:

  • при температуре 16°С / 23°С, не более десяти дней;
  • при 26°С, максимум девять дней;
  • при 29°С, до семи дней;
  • при 36°С, до трех дней.

Но вернемся к нашим астронавтам.

Норма воды на одного космонавта

Если с едой на орбите в общем ситуация понятна – ученые изобретают все новые и новые концентраты, которые при относительно малых объемах и малом весе обладают высокой калорийностью, то с водой ситуация сложней. Вода тяжелая, ее не ужать и не высушить, поэтому на нее уходит относительно много «полезной нагрузки» корабля, а это весьма важный фактор для космических путешествий.

По «российским космическим нормам» на одного космонавта в сутки требуется ориентировочно по 500/600 грамм еды (что составляет ~ 2500/2700 килокалорий) и 2,2 литра воды. Мы видим, что суточная норма воды гораздо тяжелее и больше в объеме чем порция еды. У американцев нормы еще более «щедрые» и выделяют астронавту ориентировочно 3,6 литра.


Технологий, позволяющих эффективно добывать чистую воду в открытом космосе 🙂 или синтезировать ее на орбите пока нет, поэтому главную ее часть приходится доставлять с Земли специальными грузовыми космическими кораблями. Все это определяет режим жесткой экономии воды.

Как используется вода на космической орбите

Вода в космосе нужна не только для питья, но и для других целей:

  • для «активации» сухих продуктов питания;
  • для гигиенических целей;
  • для успешного функционирования других систем космических кораблей;

Вода в космосе — режим экономии

С целью рационального использования воды на космической орбите, разработаны специальные правила ее экономии. В космосе не стирают одежду, а используют свежие комплекты. Гигиенические потребности удовлетворяют специальными влажными салфетками.

Из 8000 литров пресной воды в год, требуемых для обеспечения жизнедеятельности на космической станции, 80% из них могут быть воспроизведены непосредственно на самой станции из отходов жизнедеятельности человека и других систем космической станции.


Так, например, американские ученые создали во многом уникальную систему очистки мочи. Как утверждают разработчики этой системы, моча и конденсат, очищенные с помощью их аппарата практически ничем не отличается от стандартной бутилированной воды. Эти системы очистки воды способны перерабатывать до 6000 литров в год.

Источники воспроизводства воды на орбитальных станциях:

  • конденсат;
  • моча астронавтов;
  • отходы работы кислородно-водородных топливных элементов — для технических нужд.

Выводы

Будем надеяться, что на Земле чистая и вкусная вода будет нам всегда доступна и человечеству в глобальном смысле никогда не придётся использовать вышеописанные методы и технологии для ее получения и экономии.

 

Источник: vodamama.com

1024px-Clayton_Anderson_zero_g.jpg


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.

Жидкость в космосе

391px-Diag_phase_eau_ru.svg.png

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.

А что помешает молекулам воды кинуться врассыпную? Ведь давление станет пренебрежимо мало, и переход в газообразное состояние может произойти совершенно мгновенно! Когда же молекулы или группы молекул воды окажутся относительно далеко друг от друга в облаке газа, они мгновенно растеряют кинетическую энергию, и их температура резко упадет. В каком агрегатном состоянии вода окажется тогда? Чтобы ответить, взглянем на фазовую диаграмму воды. Из нее видно, что если температура падает до -50°C, то никакое низкое давление уже неспособно сделать ее жидкой или газообразной.

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.

Кипение в условиях низкой гравитации — забавнейшее зрелище. Но оно имеет значение не только как развлечение, а может преподнести ученым кое-какие открытия в области физики. Еще несколько десятков лет назад никто не знал, что представляет собой процесс кипения в космосе. Конечно, физики ломали голову, анализируя сложный характер кипения здесь, на Земле. Про космос же только предполагали, что зрелище будет еще более захватывающее. А ведь это важный вопрос, потому что кипение происходит не только в чайнике, но и в электрогенераторах и в системах охлаждения космического корабля. Поэтому инженерам необходимо знать, как происходит этот процесс.

Жидкость в космосе

Вообще-то на орбите кипение представляет собой более простой процесс, чем на Земле.
весомость аннулирует две переменных, воздействующих на кипение — конвекцию и плавучесть. Именно поэтому кипяток ведет себя в космосе по-другому. Нагретая жидкость не поднимается, а остается рядом с нагревающей поверхностью и нагревается дальше. Те области жидкости, которые находятся на некотором расстоянии от источника тепла, остаются относительно холодными. Поскольку нагревается меньший объем воды, процесс происходит быстрее. По мере формирования пузырьков пара, они не поднимаются на поверхность, а объединяются в гигантский пузырь, который колеблется в жидкости.

Жидкость в космосе

[источники]источники
http://nauka-novosti.ru/blog/43083094225/CHto-sluchitsya-s-vodoy-v-kosmose:-zamerznet-ili-isparitsya
http://www.popmech.ru/science/309202-chto-sluchitsya-s-vodoy-v-kosmose-zamerznet-ili-isparitsya/
https://thequestion.ru/questions/37675/chto-proizoidet-s-kaplei-vody-v-otkrytom-kosmose
http://www.km.ru/nedvizhimost/davydenko_lidiruet_v_tennisnom_s
http://go2mars.info/?p=1127

Источник: masterok.livejournal.com

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.

Жидкость в космосе

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


Жидкость в космосе

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: www.magicwaters.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.