Естественные науки

Что будет происходить с водой в сосуде в открытом космосе, если сосуд открыть?

Ludmilla Pudinovа
Ludmilla Pudinovа
97
вода закипит, образование пара будет происходить за счет уменьшения внутренней энергии воды, т. е. температура воды будет понижаться и она замерзнет. сделаем оценку, сколько воды испарится, а сколько превратится в лед.
уравнение теплового баланса cm(t-0)=L(M-m), вопрос только в том: чему равна L (ведь она зависит от температуры) . мне были известны значения L при
0С, 50С, 100С, 200С (из таблицы) , я построил график зависимости L от t и экстрополировал его в область отрицательных температур. если принять t космоса -273, получается L= 305*10^4Дж\кг, тогда подставляя все данные
c=0.42*10^4Дж\кг град, t =20С, получаем m=0.97M. после испарения 0,03 массы воды остальная вода замерзнет. на это потребуется очень маленькое время.
Валентин Зырянов
Валентин Зырянов
70 161
Лучший ответ
Мгновенно закипит и в процессе кипения замёрзнет. Потому как без внешнего притока тепла кипеть ей придётся, отдавая внутреннюю энергию.
В открытом космосе жидкая вода (очевидно! ) существовать не может. Это вы и сами должны знать :-)
А раз так, она вскипит, паром будет выброшена из сосуда и выкипит вся уже дробясь на мелкие капельки и замерзая при этом.
Так что прав ТОЛЬКО ДЗавр.
Остальныке отвечали про воду в невесомости, но при атмосферном давлении, а не в вакууме... .
Ну и Леонид конечно прав! - он всегда прав :-)
Процессы замерзания и возгонки (испарение льда) начнутся одновременно. А улетит он или взорвется, наверно зависит от исходной температуры)))
Испарится почти мгновенно. Или замёрзнет.

При низком давлении у воды нет жидкого состояния - она переходит из твёрдого (лёд) сразу в газ (пар) и наоборот.
Вода превратится в шар.
Вопрос, кстати, очень интересный и заслуживает экспериментальной проверки. Предсказать, что будет на самом деле, не просто. Может взорвется, а может и нет. При этом, и вода в невесомости, и вода в вакууме при земной гравитации вполне хорошо изучены.

1. Вода в невесомости. Известно, что свободно летающая жидкость в невесомости принимает форму шара, но это явление вызывает какой-то нездоровый фанатизм. Не в каждом сосуде жидкости не терпится принять форму шара. Часто поверхностная энергия на границе жидкость-твердое тело ниже, чем на границе жидкость-газ или жидкость-вакуум. Это легко установить по углу смачивания. Угол меньше 90 градусов - жидкость прилипает к сосуду и в невесомости она ни о каком шаре и не подумает. Напротив, она еще сильнее расползётся по стенкам сосуда, возможно вплоть до того, что в форме шара окажется пузырь воздуха в центре сосуда.

2. Пузырьки в воде в невесомости. Пузыри в невесомости не так разрушительны как при гравитации. За счет гравитации пузыри стремятся вверх и лопаются на поверхности. В невесомости пузырям, по большему счету, все равно где находится. Идеальное место - в центре жидкости, но это не так критично. Если в жидкости только один пузырь, он будет находится в центре и будет расти пока стенки жидкости устойчивы, т.е. долго. Если пузырей несколько, то они "отталкиваются". Их форма искривляется и может оказаться нестабильной. Это заканчивается либо слиянием пузырей, либо лопанием какого-нибудь пузыря рядом с поверхностью (см. видео http://www.youtube.com/watch?v=q9Sh1-DPcEg начиная с 2:45). Лопание пузырей, однако, в невесомости происходит реже, чем при гравитации.

3. Вода в вакууме. Во-первых, не надо путать испарение с кипением. Кипение - есть сложный динамический процесс, протекающий с образованием пузырьков. Переход жидкости в газ есть испарение, и возможно только на поверхности, в т.ч. и поверхности пузырьков. Интенсивность кипения зависит от наличия в жидкости "зародышей" пузырьков. Такими зародышами могут быть микропузырьки на какой-нибудь твердой примеси либо микропузырьки образовавшиеся в результате флуктуации. Внутри пузырька давление выше из-за поверхностного натяжения. Чем меньше пузырек, тем выше давление. Если парциальное давление жидкости в пузырьке выше давления насыщенного газа, то испарения в этом пузырьке не происходит. Понятно, что примеси для кипения предпочтительнее, чем флуктуации. Чистая вода при комнатной температуре не очень-то кипит даже в вакууме. Другим фактором, вызывающим кипение является растворенный воздух. Вот типичное видео кипения воды в вакууме при комнатной температуре: http://www.youtube.com/watch?v=NK_BCS0CuLc
На 50-й секунде мы наблюдаем большое количество пузырьков, но это - растворенный воздух. На 1:10 кипение становится весьма умеренным. Оно выглядит как ряд взрывов, но в невесомости может быть иным, т.к. в невесомости пузырьки остаются в жидкости и не стремятся вверх.

Итак. Испарение воды в вакууме будет, но "мгновенно" она не выкипит. Интенсивность кипения будет зависеть от количества растворенного воздуха и примесей, и температуры. Скорее всего, на начальном этапе образуется много пузырьков, которые либо приведут к полному разрушению, либо будут мирно в ней "плавать" сливаясь с друг другом. Далее рост и образование пузырей замедлится. Это замедление будет выражено больше, чем при гравитации, т.к. в невесомости площадь поверхности "капли" будет также расти и будет сравнима с поверхностью пузырей. О форме жидкости сказать сложно. Скорее всего, она будет оставаться в сосуде, пока будет умещаться внутри вместе со всеми пузырями. После этого, она скорее всего начнет окружать сосуд пока не "поглотит" его и тогда только примет форму шара. В маловероятном случае, когда сосуд не смачивается жидкостью, жидкость отделится от сосуда при первой же возможности. В какой-то момент жидкость начнет замерзатью. Какая-то часть воды отделится в качестве мелких частичек, но большая часть, скорее всего, останется вместе.
Юрий Никитин
Юрий Никитин
8 007
возникнут кристаллы льда из-за перепада давления.

а шарик из воды-это о невесомости.
SZ
Sabina Zhamantaeva
2 793
Она по возможности соберётся в сферу, если границы сосуда не мешают.
И кстати, если легонько ударить по сосуду снизу, вода "улетит" вверх.
будет такой мини-взрывчик от перепада давления, после чего во все стороны разлетятся кристаллы льда.