Was würde mit einer 10-Meter-Kugel aus Wasser mit Raumtemperatur passieren, wenn sie in den Weltraum entlassen würde?

Es kocht, dann gefriert der Dampf.

Es gefriert nicht direkt, weil Wasser gut Wärme speichern kann und die einzige Möglichkeit, Wärme im Vakuum abzuleiten, Strahlung ist, keine Konvektion. Es gibt jedoch keine Druckbeschränkung, und wie wir wissen, bringt niedriger Druck Wasser zum Kochen. Der Siedeprozess führt Wärme ab und trennt das Wasser in einen feinen Nebel, der dann zu Flocken gefriert.

Es ist eine Art Frage der Oberfläche gegenüber dem Volumen, der Wärmeverlust erfolgt über die Oberfläche, aber das gesamte Volumen wird vom Druck beeinflusst, sodass seine Auswirkungen stärker sind.

Was würde mit dem Wasser passieren?
Das Wasser in der Kugel erfährt gemäß der Antoine-Gleichung https://en.wikipedia.org/wiki/Antoine_equation einen Dampfdruck, der seiner Temperatur entspricht . Solange atmosphärischer Druck auf dem Wasser herrscht, behält die Kugel ihren "statischen" Zustand bei. Sobald die Kugel jedoch Vakuum erfährt, herrscht kein Umgebungsdruck mehr auf der Kugel und der Dampfdruck des Wassers in der Kugel führt sofort zum Sieden. Der Druck innerhalb der Kugel führt aufgrund des Dampfdrucks des Wassers in der Kugel zu einer nach außen gerichteten Nettokraft auf jedes kleine Stück der Kugel, und die Kugel wird sofort mit kleinen Dampfblasen gefüllt und beginnt sich infolgedessen nach außen auszudehnen.

Temperatur innerhalb der Kugel
Die zum Kochen des Wassers in der Kugel erforderliche Wärme stammt vom Wasser selbst, sodass die Temperatur des Wassers in der Kugel sofort zu sinken beginnt, wenn es Vakuumbedingungen ausgesetzt wird. Die Siedegeschwindigkeit ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser in der Kugel und der "Gleichgewichts"-Temperatur, die durch die Antoine-Gleichung bei Vakuumbedingungen (etwas niedriger als 0 °C) vorgegeben wird. Das bedeutet, dass die Siedegeschwindigkeit mit fortschreitendem Sieden logarithmisch abnimmt und die Temperatur weiter sinkt. Dieser Prozess setzt sich fort, und unter der Annahme, dass volle Vakuumbedingungen aufrechterhalten werden, gefriert ein Teil des Wassers, das in Form von Tröpfchen zurückbleibt. Das resultierende Eis wird dann langsam sublimieren und schließlich vollständig verdampfen.

Druck auf die Person
Die Person in der Kugel erfährt zunächst den Umgebungsdruck, der durch die Luft in der Luftschleuse entsteht. Unter der Annahme, dass sich die Person in einer Mikrogravitationsumgebung befindet, wird es keinen signifikanten Beitrag zu dem Druck geben, den diese Person aufgrund der sie umgebenden Wassermenge erfährt, da der statische Druck des Wassers durch die Formel angegeben ist$P=\rho g h$, Wo$g$nähert sich Null. Dies führt zu einem unglücklichen Effekt für die Person auf dem Rebreather. Diese Person muss zwangsläufig Sauerstoff bei Umgebungsdruck atmen, was bedeutet, dass die Person keinen Sauerstoff bekommt, wenn Vakuumbedingungen auftreten. Darüber hinaus hat diese Person eine Kerntemperatur von 98,6 ° F, was erheblich über der von der Antoine-Gleichung vorgeschriebenen "Gleichgewichts" -Temperatur liegt, was bedeutet, dass das Blut der Person sehr schnell Dampfblasen erzeugt und alle gelösten Gase aus der Lösung austreten . Offensichtlich ist dieser Zustand tödlich.

Es ist ein ewiger, aber schädlicher Mythos, dass flüssiges Wasser im Weltraum in Dampf übergehen würde, wenn der Druck plötzlich abgebaut würde. Obwohl die Differenz der freien Energie (zwischen Wasser und ultradünnem Dampf) die Verdampfung begünstigen würde, ist die Verdampfung sehr endotherm. Das Wasser muss die Verdampfungswärme (über 500 cal/g) aus der Umgebung aufnehmen und/oder abkühlen. Die Wärmeabgabe im Weltraum ist besonders langsam, da die einzigen Quellen Sonnenlicht und IR-Strahlung von der Erde oder in Ihrem Szenario der Raumstation sind.

Was das unglückliche Schicksal des Astronauten Aqualung in der Mitte Ihres Wasserballs betrifft, so würde die Druckentlastung des Hangars fast sofort auch zu einer Druckentlastung seiner Umgebung führen. Da das Rebreather nicht darauf ausgelegt ist, den Druck aufrechtzuerhalten, würde er an Sauerstoffmangel sterben, lange bevor er von Eis umhüllt war, das letztendlich sublimieren würde und seine Leiche gefrieren würde. (Der bloße Gedanke bringt mein Blut zum Kochen, aber nur im übertragenen Sinne.)

Meine beste Vermutung:

Das Wasser beginnt gleichmäßig zu kochen. Im Inneren wird das Sieden verzögert, weil die Expansion behindert wird. Nachdem sich etwas mehr als die Hälfte des Wasservolumens in Blasen verwandelt hat, gefriert die verbleibende Flüssigkeit. Dies geschieht zunächst in Oberflächennähe. Wenn sich die Flüssigkeit im Inneren weiter ausdehnt, entweicht Wasser heftig durch Löcher und Risse und verwandelt sich in Eisnebel. Eine schweizerkäseartige Eisstruktur, die möglicherweise in viele Stücke zerfällt, bleibt zurück, die langsam sublimiert.