太空中加热一个物体多久会凉(在太空中加热水会产生完全颠倒的物理现象)(1)

“加热水,会促使它变成气体”我想哪怕是一个小孩子都懂得这个道理。不过,当这套动作在国际空间站上重复时却发生了与在地面上完全颠倒的现象。

在地球上,液体-气体这个体系依靠“对流”使热量均衡,简单来讲就是热的部分上升,冷的部分下沉,这样冷热部分在运动中便会互相“掺和”,使热量能够在整个体系中逐渐趋于均匀分部的态势。

而在微重力环境中,由于缺失了重力因素,这套系统并不会运转地很好。

在空间站设计之初,科学家便注意到了在微重力环境下,煮水似乎会产生异常常的现象。因此,在国际空间站中,安装有一种名为“热管”的设备,以实现像“对流”那般的热量扩散。

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在热管投入使用之前,人们往往是使用机械泵,以强行将冷热混合并交换热量。而热管内部的真空中含有少量特殊的冷凝液,液体会很容易地在热端蒸发,然后在冷端凝结,使热量完美传递。同时冷凝下来的液体还会透过“毛细现象”重新回到热端,循环往复。

所谓“毛细现象”,就是液体表面张力与内压强差平衡的过程。我们都知道盛放在管中的液体液面会向下凹,而这向下凹的部分会给下面的液体一个向上的拉力,这样在进入毛细管中时,凹页面会拉动下面的液体持续上升,在拉力与重力平衡时停止。

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毛细现象示意图

整个系统看似完美,但是最近来自纽约伦斯勒理工学院的科学家却发现,这套热管实际上并不能很好地完成它的任务。实际上,冷凝液的蒸汽完全是在做与预期相反的工作。

一般意义上,热管分为热蒸发端、冷凝结端以及中间隔热端。研究人员认为,在微重力的特殊环境下,传统的热管结构已经无法满足对于热量的平衡。

越热越凝结。

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热管故障率持续增加使研究人员注意到热量的持续输入会使冷凝液继续凝结在热端,而非预期中迅速蒸发并凝固到冷端。为了搞清楚究竟发生了什么,空间站上的宇航员们才进行了文初的实验。他们发现,即便是温度已经高出了戊烷沸点160开尔文,蒸汽仍然会在热端凝结。

为了实验安全,科学家们在沸点以上160开尔文时停止了实现。整个实验中,热管的热端都充斥着过热的液体,但让人牙根痒痒的是,那些液体就是不蒸发。

研究人员并不完全知道发生了什么。

有关的猜测指出,可能在热管中发生了“马兰格尼效应”。

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由于冷热端液体表面张力的不同,原本设计用于将冷凝液转移回热端的毛细管却成为了热端液体“拉回”冷端液体的通道。

这种流动使蒸汽在热端得以接触到从冷端“拉”过来的温度较低的液体,从而在热端凝结而非冷端。

实际上这种现象在地球上也有发生,只不过是重力限制了冷(液)热(气)的运动方式因此发生的规模十分有限。

研究人员目前正在考虑如何进一步改进热管以解决该问题,下一步他们打算在热管的冷凝液中添加其他的化学成分以测试流体混合物能否在热管中优良地运作。

正如一位网友所说的,沸这个现象是温度重力等多重作用的结果,拿掉重力就只剩下温度了,那不叫沸,那叫熔。再者液体比如水能聚成块是气压和重力等多种力的作用结果,拿掉重力,水分子间的吸引力不足,随然在气压物质粘力摩擦力等作用下还能聚成水状,但已经没有有重力环境下聚合的结实了

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