Вода в космосе кипит пузырем
Кипение в условиях низкой гравитации - забавнейшее зрелище. Но оно имеет значение не только как развлечение, а может преподнести ученым кое-какие открытия в области физики. Еще несколько лет назад никто не знал, что представляет собой процесс кипения в космосе. Конечно, физики ломали голову, анализируя сложный характер кипения здесь, на Земле. Про космос же только предполагали, что зрелище будет еще более захватывающее. А ведь это важный вопрос, потому что кипение происходит не только в чайнике, но и в электрогенераторах и в системах охлаждения космического корабля. Поэтому инженерам необходимо знать, как происходит этот процесс.
 |
|
| • | Так выглядит кипение в условиях пониженной гравитации |
В начале 90-х годов группа ученых из университета Мичигана и НАСА решила заняться изучением этого вопроса. Используя в качестве жидкости фреон, они провели серию экспериментов во время полетов космического челнока в 1992-1996 годах. Естественно, они обнаружили интересные различия между кипением на Земле и в космосе: к примеру, в невесомости при кипении в жидкости возникает не множество пузырьков, а один большой пузырь, поглощающий более мелкие.
Несмотря на всю зрелищность экспериментов, учеными двигало не просто любопытство. Поняв, как кипит жидкость в космосе, можно создать более совершенную систему охлаждения для космического корабля. Эти знания можно применить и для разработки электрогенераторов, использующих солнечный свет для подогрева воды до состояния пара, которая затем бы вращала турбину, вырабатывая электричество. Это исследование может найти применение и на Земле - полученные данные можно использовать для лучшего изучения феномена кипения, что позволит усовершенствовать и земные электростанции.
Вообще-то на орбите кипение представляет собой более простой процесс, чем на Земле. Невесомость аннулирует две переменных, воздействующих на кипение - конвекцию и плавучесть. Именно поэтому кипяток ведет себя в космосе по-другому. Нагретая жидкость не поднимается, а остается рядом с нагревающей поверхностью и нагревается дальше. Те области жидкости, которые находятся на некотором расстоянии от источника тепла, остаются относительно холодными. Поскольку нагревается меньший объем воды, процесс происходит быстрее. По мере формирования пузырьков пара, они не поднимаются на поверхность, а объединяются в гигантский пузырь, который колеблется в жидкости.
Большая часть этих данных могла быть предсказана, исходя из существующих теоретических разработок, однако выяснение подробностей могло произойти только в результате эксперимента. Доктор Херман Мерте, разработчик эксперимента, отмечает, что до этого многие фундаментальные вопросы кипения не были поняты. Ранее эта же группа ученых провела серию экспериментов в так называемой "башне падения", позволявшей на несколько секунд имитировать состояние невесомости. Результаты тех экспериментов легли в основу новых, проведенных в космосе. Тогда же учеными было разработано специальное оборудование для кипячения - кварцевая гладко отшлифованная камера, на дно которой нанесен тончайший (400 ангстрем) слой золота. Этот слой пропускал свет, позволяя экспериментаторам наблюдать за происходящим, но не терял способность проводить электричество, являясь, таким образом, источником тепла для жидкости.
С помощью этого прибора ученые сделали несколько интересных открытий: в зависимости от температуры пузырь пара или оказывается в центре жидкости, или остается "прикрепленным" к источнику нагревания. Когда пузырь остается у источника тепла, он эффективно изолирует его от окружающей жидкости, вызывая дальнейшее повышение температуры. Сегодня исследователи продолжают расширять знания, основываясь на данных этих экспериментов. Лучше познав физику кипящей жидкости, инженеры смогут улучшить системы охлаждения и электроснабжения, которые очень пригодятся людям в будущем - как в космосе, так и на Земле.
