Jos ihmisillä olisi mahdollisuus matkustaa avaruudessa planeetalta planeetalle, kuinka huolellisesti olisi tarpeen miettiä kaikkea. Jopa ruokaan, lämpötilaan ja henkilökohtaiseen hygieniaan asti. Hollywood on täynnä avaruusaiheelle omistettuja elokuvia, joissa avaruudessa ihmiset lopulta menettivät mahdollisuudet elämään. Kaikki näkivät kuvan, kun jäykistetty avaruuspuku toteutettiin kiertoradalla. Miksi tila on kylmä? Loppujen lopuksi maan kiertoradalla on paljon astronauteja, jotka menivät avaruuteen, ja he pysyivät turvassa ja terveinä.
Onko avaruudessa kylmä?
Oletetaan, että olemme yhtä kaukana taivaankappaleista, jotka energialla ja lämpötilallaan kykenevät toimimaan aineellisessa vartalossa. Eristymme myös planeetoista ja niiden satelliiteista, jotka pystyvät vaikuttamaan ytimensä lämpötilaan. Lämpötila on -274 celsiusastetta, jollei näistä kohdista muuta johdu. Tätä lämpötilaa kutsutaan absoluuttiseksi nollaksi, ts. Lämpötila ei voi olla alhaisempi kuin se luonnossa. Miksi tila on kylmä? - koska tämä on ainoa paikka, jossa lämpötila laskee absoluuttiseen nollaan.
Arjen todellisuuksissa lämpötilan arvo ei voi olla nollan alapuolella. Poikkeus on vain maailmankaikkeuden syrjäisimmät osat. Maan kiertoradalla, kaikki tekijät huomioon ottaen, lämpötila on noin - 4 celsiusastetta.
Mitä tapahtuu, kun absoluuttinen nolla
Absoluuttinen nolla on nollalämpötila Kelvinin asteikolla. Vakio-olosuhteissa tällainen lämpötila ei ole mahdollinen. Avaruuden kylmin lämpötila on -274 (Celsius) tai 0 (Kelvin). Joten miksi lämpötila ei pysty ylittämään rajaa?
Kolmannen termodynamiikkalain, jonka Nernst sopi, mukaan lämpötilan ollessa absoluuttinen nolla, järjestelmän (tai rungon) entropia, lämpökapasiteetti ja lämpölaajenemiskerroin pyrkivät siihen. Jos lämpötila saavuttaa absoluuttisen nollan, atomien ja molekyylien kaoottisen liikkeen prosessi pysähtyy. Termodynamiikan kannalta vartalo hajoaa molekyyleiksi. Ja kvanttifysiikan näkökulmasta kehossa jatkuu nollavärähtelyjä. Juuri nämä tuomiot auttavat vastaamaan kysymykseen: "Miksi avaruudessa on kylmää?"
Yalen yliopiston fyysikot tekivät kokeen strontiummonofluoridista (SrF). Molekyyli sijoitettiin magneettikenttään, joka menetti jatkuvasti energiansa ja lopulta, niin lähellä absoluuttista nollaa kuin mahdollista, molekyyli hajosi atomiksi.
Absoluuttisen nollan lähellä olevien lämpötilojen tutkimuksien ansiosta saavutettiin suprajohtavuuden vaikutus, jota käytetään laajalti teollisuudessa ja tieteessä.
Siirtämällä tilanne ulkoavaruuteen voimme sanoa, että absoluuttisen nollan saavuttamista haittaa tähteiden säteily.
Lämmönsiirron tyypit
Fysiikan koulutuskurssi käsittelee termodynamiikan osaa, jossa kiinnitetään huomiota lämmönsiirtotyyppeihin. Tämä fysiikan osa auttaa vastaamaan kysymykseen "miksi avaruudessa on kylmempää kuin maan päällä".
Luonnossa on kolme lämmönsiirtotyyppiä:
- Lämmönjohtavuus. Tämä on energian siirtyminen lämpimämmästä kappaleesta tai kehon osasta vähemmän lämmitettyyn. On huomattava, että on mahdotonta siirtää energiaa kylmästä vähemmän kylmään (termodynamiikan toisen lain periaatteen mukaisesti). Esimerkki: metallirungon lämmittäminen.
- Konvektion. Energiaa kulkevat virrat (suihkut). Esimerkki: lämmönsiirto huoneessa kylmän ja lämpimän ilman välillä.
- Säteilyä. Energia siirtyy sähkömagneettisten aaltojen kautta. Esimerkki: aurinkolämpö.
Koska tila on tyhjiö (molekyylien tiheys avaruudessa on vähäinen - 10 ^ -31 g / cm ^ 3), tulisi olettaa, että ainoa mahdollinen vaihtoehto lämmönsiirtoon on säteily. Maa ei ole tyhjiö, sillä on ilmapiiri (molekyylit planeetan pinnalla), joka sallii kolmen tyyppisen lämmönsiirron kerralla.
Lämpötilan riippuvuus kehon sijainnista
Avaruuden säteily tulee lämmitetyistä kappaleista, galaksissamme se on aurinko. Aurinko lähettää pinnastaan sähkömagneettisia aaltoja, joilla on suora liikkumisen etenemissuunta. Seuraus on, että keho saa energiaa, jos aurinko on kantaman sisällä.
Jos sähkömagneettiset aallot osuvat esineeseen, keho absorboi lämpöenergiaa. Mutta vaihtoa ympäristön kanssa ei tapahdu, koska vartaloa ympäröi tyhjiö, jossa ei käytännössä ole molekyylejä.
Jos esine on esimerkiksi planeetan pimeän puolen ulkopuolella, johon sähkömagneettiset aallot eivät pääse, niin ruumiin todella jäähtyy, pyrkiessä absoluuttiseen nollaan.
Siksi avaruusasemien ja avaruuspintojen pinnalle levitetään lämmönkestävä pinnoite.
