Чому в космосі холодно і чому, з точки зору фізиків, це місце унікальне?


Опубликованно 15.09.2018 02:44

Чому в космосі холодно і чому, з точки зору фізиків, це місце унікальне?

Якщо б у людей була можливість подорожувати в космосі, від планети до планети, то наскільки ретельно необхідно було б все продумувати. Аж до їжі, температури та особистої гігієни. Голлівуд рясніє фільмами, присвячені космічної теми, в яких люди у відкритому космосі остаточно втрачали шанси на життя. Кожен бачив картину, коли окоченевший скафандр несеться вздовж орбіти. Чому в космосі холодно? Адже на орбіті землі знаходиться безліч космонавтів, які виходили у відкритий космос, і вони залишалися цілими і неушкодженими.

Холодно чи в космосі?

Припустимо, що ми знаходимося максимально далеко від небесних світил, які своєю енергією і температурою здатні впливати на матеріальне тіло. Також ізолюючи від планет і їх супутників, які здатні вплинути на температуру своїм ядром. При дотриманні цих моментів температура буде дорівнює -274 градусів за Цельсієм. Ця температура називається абсолютним нулем, тобто нижче неї температура бути в природі не може. Чому в космосі холодно? - тому що це єдине місце, де температура опускається до абсолютного нуля.

У повсякденних реаліях температура не може мати значення нижче нуля. Виняток становить тільки найвіддаленіші ділянки всесвіту. На орбіті землі, з урахуванням всіх чинників, температура складає приблизно - 4 градуси за Цельсієм. Що відбувається при абсолютному нулі

Абсолютний нуль - це нуль температури за шкалою Кельвіна. При стандартних умовах така температура неможлива. Найхолодніша температура в космосі -274 (за Цельсієм) або 0 (K). Так чому ж температура не здатна перевалити за цю межу?

По третьому початку термодинаміки, яку погодив Нернст, при прагненні температури до абсолютного нуля, до неї прагне ентропія системи (або тіла), теплоємність та коефіцієнт температурного розширення. Якщо значення температури досягло абсолютного нуля, то зупиняється процес хаотичного руху атомів і молекул. З точки зору термодинаміки тіло розпадається на молекули. А з точки зору квантової фізики в тілі продовжують відбуватися нульові коливання. Саме ці судження допомагають відповісти на питання: "Чому в космосі холодно?".

Фізики з Єльського університету провели дослід на монофториде стронцію (SrF). В магнітне поле помістили молекулу, яка постійно втрачала свою енергію і в кінцевому підсумку, при максимально можливому наближенні до абсолютного нуля молекула розпалася на атоми.

Завдяки дослідженням близьких до абсолютного нуля температур, був отриманий ефект надпровідності, який широко використовується в промисловості і науці.

Переносячи ситуацію в космічний простір, можна сказати що досягнення абсолютного нуля може випромінюванням з боку зірок.

Види теплопередачі

У шкільному курсі фізики розглядається розділ термодинаміки, в якому приділяють увагу на види теплопередач. Цей розділ з фізики допоможе відповісти на питання "чому в космосі холодніше, ніж на землі".

Виділяють три види теплопередачі в природі: Теплопровідність. Це перехід енергії від більш нагрітого тіла або ділянки тіла до менш нагрітого. Варто відзначити, що неможливий перехід енергії від більш холодного до менш холодного (за принципом другого початку термодинаміки). Приклад: нагрівання металевого тіла. Конвекція. Енергія передається потоками (струменями). Приклад: теплопередача в кімнаті між холодним і теплим повітрям. Випромінювання. Енергія передається за допомогою електромагнітних хвиль. Приклад: сонячне тепло.

Так як космос є вакуумом (щільність молекул в космосі пренебрежимо мало - 10^-31 г/см^3), слід вважати що єдиний можливий варіант теплопередачі - випромінювання. Земля не є вакуумом, вона має атмосферу (молекули на поверхні планети), яка дозволяє робити відразу три види теплопередачі. Залежність температури від положення тіла

Випромінювання в космосі виходить від нагрітих тіл, у нашій галактиці - це Сонце. Сонце відправляє зі своєї поверхні електромагнітні хвилі, які мають пряму траєкторію руху. Отже, тіло отримує енергію, якщо Сонце знаходиться в зоні видимості.

Якщо на об'єкт потрапляють електромагнітні хвилі, то тіло поглинає теплову енергію. Але обмін з навколишнім середовищем здійснюватися не буде, так як тіло оточує вакуум, який практично не має молекул.

Якщо об'єкт знаходиться, наприклад, за темною стороною планети, куди електромагнітні хвилі не можуть потрапити, то тіло дійсно буде охолоджуватися, прагнучи до абсолютного нуля.

Тому на поверхню космічних станцій і скафандрів наносять термостійке покриття. Як реагує наш організм у відкритому космосі

В скафандрах передбачені система охолодження і нагріву для різних позаштатних випадків. Тому з людиною, яка знаходиться в справному скафандрі, нічого небезпечного не трапиться.

Реальний випадок стався в 1966 році, коли скафандр піддався декомпресії, і астронавт на 30 хвилин втратив свідомість. Описуючи свої відчуття, він сказав, що слина в його роті буквально почала кипіти. Це пов'язано з тим, що зменшилася тиск, і, отже, зменшилася температура кипіння. Але кров не піддалася кипіння, так як була захищена судинами. Автор: Семен Федюкевич 31 Липня, 2018



Категория: Новости