Будет ли гелиевый шарик лопаться или зависать в космосе? - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
3 голосов
/

Я прочитал эти вопросы:

Почему гелий не замерзает при 0K?

Заморозили ли объекты в космосе сразу?

Теперь я понимаю, что гелиевый шар не может взлететь в космос. Но давайте предположим, что этот воздушный шар уже находится на космической станции.

Когда они выпускают его в космос, могут произойти две вещи: он или всплывает сразу, или зависает.

Пространство около 2.7K. Поэтому я предполагаю, что гелий должен быть жидким. Но может ли недостаток внешнего давления в космосе вызвать его появление?

Вопрос:

  1. Что будет с гелиевым шаром в космосе:

    1. это всплывет когда-нибудь?

    2. Замерзнет ли?

Ответы [ 4 ]

1 голос
/

Гелий при выходе из космической станции будет при комнатной температуре 300К.

Сброс этой температуры и приведение ее ниже температуры, при которой гелий разжижается только с помощью излучения, будет довольно утомительным.

Хотя, с другой стороны, пройдет не так много времени, прежде чем разница давления упадет с вашего воздушного шара.

Проблема здесь в скорости передачи тепла.

Ни один метод теплопроводности не является настолько быстрым, чтобы компенсировать перепад давления внутри здания с внутренней и внешней стороны баллона.

Это несколько (научно-фантастическая часть)

Если завтра кто-нибудь найдет способ быстрее охладить ваш баллон (достаточно быстро, чтобы он сжижил гелий до того, как разность давлений лопнет в баллоне), он сможет вывести баллон в космос и сжечь гелий до того, как он начнет взрыв.

Но тогда вы получите невероятно сжатый резиновый шарик, который редко можно отнести к воздушному шару.

1 голос
/

Воздушный шар сначала лопнет (при условии, что он освободился от комнатной температуры и давления).

Чтобы гелий мог замерзнуть, он должен терять тепло. Существует три механизма передачи тепла: проводимость, конвекция и излучение. Первые два не применяются из-за обстоятельств (нечего проводить / представлять), оставляя только радиацию. Основным уравнением для излучения является закон Стефана-Больцмана , который, в свою очередь, зависит от постоянной Стефана-Больцмана. Вам придется проработать математику (это зависит от площади воздушного шара, количества гелия в нем и т. Д.), Но порядок замерзания гелия составляет несколько секунд.

Тем временем гелий все еще находится в атмосфере $1$ против того, что в космосе является почти вакуумом. Против такого рода разности давлений у типичного воздушного шара нет шансов остаться нетронутым . Из этого вопроса видно, что резиновый баллон лопается при перепаде давления всего $0.3$ атмосфер.

Значит, шар лопается до того, как гелий замерзнет.

0 голосов
/

Я думаю, «будет ли всплывать шарик», зависит от того, сколько гелия вы в него положите.

Предыдущий ответ указывает на сообщение о том, что воздушные шары всплывут с избыточным давлением более 0,3 атмосфер. Но предположим, что я возьму воздушный шар, который рассчитан на диаметр 30 см, когда полностью надут, и надуваю его гелием до диаметра 10 см (при стандартном давлении). Если я помещу его в вакуум, к тому времени, когда он расширится до диаметра 30 см, это давление упадет до $(10/30)^3$ или 0,037 атмосфер.

Таким образом, возможно, что воздушный шар просто растянется, пока натяжение материала воздушного шара не достигнет равновесия с давлением внутри него. После этого он будет медленно охлаждаться радиацией (при условии, что поблизости нет источника радиации для его нагрева). В течение более длительного периода гелий будет вытекать; в зависимости от материала шарика, который может оставить бесформенный пучок или пустую замороженную раковину.

0 голосов
/

Я думаю, что вы, возможно, неправильно понимаете, что означает пространство 2,7K. Прежде чем выпустить воздушный шар, вы в своем эксперименте утверждаете, что он находится внутри космической станции. В этот момент воздушный шар находится в тепловом равновесии со станцией, что означает, что он составляет около 27 ° C (~ 300K) или любую температуру, при которой хранятся внутренние станции. Если вы внезапно выпустите воздушный шар в космос, его температура мгновенно не упадет до 2,7К. На самом деле это займет очень много времени, чтобы достичь этой температуры. Это связано с тем, что объекты в космосе обмениваются теплом с окружающей средой исключительно за счет излучения. Позвольте мне объяснить, что я имею в виду под этим:

Каждый объект, имеющий температуру, излучает тепло через электромагнитное излучение способом, пропорциональным его температуре (если вы хотите больше узнать об этом поиске излучения черного тела). Этот процесс излучения означает, что он теряет энергию (тепло) для окружающей среды и становится холоднее. С другой стороны, объект также поглощает тепловые волны в окружающей среде. Если и объект, и окружающая среда имеют одинаковую температуру, объект будет поглощать столько энергии, сколько рассеивается, и останется с той же температурой (это то, что происходит внутри космической станции).

Когда воздушный шар выпущен в космос, он будет в ситуации, когда он излучает больше энергии, чем получает (потому что он намного жарче, чем окружающая среда), поэтому он станет холоднее и в конечном итоге замерзнет (но обратите внимание на замерзание) точка воздушного шара намного выше 2.7K, поэтому она может довольно быстро замерзнуть).

Однако, прежде чем это произойдет, воздушный шар также расширится, потому что давление в пространстве практически равно нулю, в то время как начальное давление внутри воздушного шара равно давлению внутри станции. Эта разница давления, вероятно, заставит шар взорваться.

Те же рассуждения могут быть применены и к баллону, наполненному любым другим газом.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...