Wenn ein Astronaut eine Tasse Kaffee ins All werfen würde, würde sie gefrieren oder zu Gas verdampfen?

Wenn ein Astronaut irgendwie eine Tasse Kaffee ins All werfen würde, würde sie dann zu einem Block gefrieren oder aufgrund des Nulldrucks zu Gas verdampfen?

hängt davon ab, wo Sie es imo werfen. Wenn es direkt der Sonne zugewandt ist, kann es kochen und wenn es woanders hingeworfen wird, gefriert es.
Diese Antwort enthält Videos, die Wasserdeponien des Shuttles zeigen. space.stackexchange.com/a/33876/6944
Beide? Verdunstung ist ein Abkühlungsprozess. Ein Teil der Flüssigkeit verdunstete schnell und senkte die Temperatur bis zu dem Punkt, an dem der Rest gefror. Dann würden die gefrorenen Partikel selbst verdampfen.
Es ist nicht einmal notwendig, in den Weltraum zu fliegen, um das Experiment durchzuführen. Wenn es hier auf der Erde kalt genug wird, kannst du einen Topf mit kochendem Wasser in die Luft werfen und es verschwindet, bevor es den Boden berührt.
Ist das nicht im Grunde genommen die Herstellung von Instantkaffee ?
Eis kann verdunsten. Ich habe mein Auto bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt gewaschen und mich nicht einmal darum gekümmert, es zu trocknen. Alle gefrorenen Tröpfchen verdampften über Nacht in einer Tiefkühlgarage. Es war sehr deutlich unter Null, um die -20 ° C, und es gibt keine Möglichkeit, dass es die ganze Zeit, während das Auto in der Garage war, auch nur entfernt über Null ging. Keine Sonne, kein Temperaturanstieg, nur Verdunstung kleiner Eiströpfchen.
@MadHatter, das erinnert mich daran, dass ich hier ein Foto hinzufügen muss. Ich fange heute damit an ... Welche Bestandteile von Instantkaffee machen ihn zerfließend?
Der Kaffee würde sich in einer Wolke aus gefrorenem Schnee von Ihnen entfernen. Die anderen Astronauten, OTOH, würden in einem kochenden Mob auf dich zukommen, weil du ihren Kaffee weggeworfen hast.
Wie wird der Kaffee überhaupt in der Tasse gehalten?
Warum sollte es zu Gas "kochen"?

Antworten (4)

Dies wurde vor fast sechzig Jahren getestet. Mit einem sehr großen Becher, der mit 95 Tonnen Wasser gefüllt ist. Es wurde eine leere zweite Stufe eines zu testenden Saturn I verwendet. Es sollte nur die erste Stufe getestet werden, aber mit voller Nutzlast einer wassergefüllten Dummy-Oberstufe. Attrappen mit den Tanks, aber ohne die teuren Motoren. Die Dummys sollten die gleiche Form und Masse wie eine echte zweite Stufe haben und der Massenschwerpunkt sollte an der gleichen Stelle liegen. Der Test der ersten Stufe erforderte ohnehin Dummys mit Wasserballast, lediglich eine Sprengladung war nötig, um das Wasser am höchsten Punkt freizusetzen.

Von dieser archivierten NASA-Medienseite :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Datum : 25.04.1962
Titel : Saturn I SA-2 Start
Beschreibung : Der zweite Flug des Saturn I-Fahrzeugs, der SA-2, wurde am 15. April 1962 erfolgreich von Cape Canaveral, Florida, gestartet. Dieses Fahrzeug hatte eine sekundäre Mission. Nach dem Abschalten der ersten Stufe wurde in einer Höhe von 65 Meilen die wassergefüllte Oberstufe explodiert, wobei 95 Tonnen Wasser in die obere Atmosphäre geschüttet wurden. Die resultierende massive Eiswolke stieg auf eine Höhe von 90 Meilen. Das Experiment mit dem Namen Project Highwater sollte die Auswirkungen der plötzlichen Freisetzung einer so großen Wassermenge auf die Ionosphäre untersuchen.
ID : MSFC-6203276
Kredit : NASA Marshall Space Flight Center (NASA-MSFC)

Das Wasser würde also nicht zu einem Block gefrieren, sondern zu einer Wolke aus Eiskristallen. Diese kleinen Eispartikel würden nicht schmelzen, sondern sich direkt in Wasserdampf verwandeln. Dies wird als Sublimation bezeichnet: wenn ein Feststoff direkt in Dampf übergeht, ohne dass ein flüssiger Zustand zwischen fest und gasförmig ist.

Aber wie wird das Wasser zu Eis? Das flüssige Wasser gibt etwas Dampf ab und kühlt durch die Verdampfung ab. Ein Teil der Flüssigkeit wird also verdampft und der Rest zu Eis. Die Verdampfung von Wasser entzieht viel Wärmeenergie.

Es wurde ein Bericht von 127 Seiten geschrieben.

Aber was ist mit der Tasse Kaffee? In der Schwerelosigkeit können Sie keine Flüssigkeiten in Bechern handhaben. In der Druckkapsel schwimmt der Kaffee frei, seine Form wird eine Kugel sein. Wenn Sie die Kapsel drucklos machen, um den Kaffee dem Vakuum des Weltraums auszusetzen, kocht das Wasser bei niedrigerem Luftdruck, ein Teil wird zu Dampf und der Rest zu Eiskristallen. Die Eiskristalle werden zusammen mit der Luft ins All geblasen. Wenn der Druck so niedrig ist, dass die Luke geöffnet werden kann, verbleiben nur sehr wenige Kristalle in der Kapsel.

Wenn Sie sehen möchten, was mit einer kleinen Wassermenge im Weltraum passiert, benötigen Sie eine geschlossene und unter Druck stehende Flasche, um das Wasser aus der Kapsel zu entnehmen. Wenn Sie die Flasche öffnen, sehen Sie die Wolke aus Eiskristallen.

Wikipedia: Projekt Highwater

Ich verstehe nicht, wie ein riesiger Wassertank, der explodiert, uns irgendetwas darüber sagt, was mit einer Tasse Kaffee passiert, die von Hand in den Weltraum geworfen wird. Ja, es gibt physikalische Prozesse, die Verdampfung, Sublimation und Wärmestrahlung genannt werden, aber was in einer bestimmten Situation tatsächlich passieren würde, hängt stark von den Anfangsbedingungen ab, und diese Bedingungen stimmen nicht mit den in der Frage besprochenen überein.
@uhoh Angenommen, es geschah in einer Kammer, die die Kälte und das Vakuum des Weltraums simuliert.
@trognanders Es ist wichtig zu verstehen, dass der Weltraum keine Temperatur hat. Dinge im Weltraum tun dies jedoch, und diese Temperatur hängt stark davon ab, ob sie Sonnenlicht ausgesetzt sind und wie viel davon sie absorbieren. Zum Beispiel wird die Oberfläche des Mondes in der Sonne ziemlich heiß.
Warum glauben Sie, dass es vollständig verdampft sein wird, bevor der Druck Null erreicht? Die Tasse Kaffee hat nicht genug Energie, um den ganzen Kaffee zu verdampfen, oder? Ich würde erwarten, dass es zu kochen beginnt, die Temperatur schnell sinkt und wenn Sie den Druck nicht zu schnell senken, sollte es aufgrund der Oberflächenspannung in einem Stück bleiben und letztendlich ein fester Block aus stärkerem Kaffee werden.
Saturn 1 war eine zweistufige Rakete mit SI- und S-IV-Stufen. Dieser Test hatte eine Dummy-Zweitstufe und eine Dummy-Nutzlastverkleidung in der vagen Form einer Apollo-Kapsel und eines Servicemoduls. Theoretisch hätten Saturn I und V (zusammen mit den meisten, wenn nicht allen anderen Studienvarianten) eine SV-Stufe tragen können, die von einem Zentauren an der Spitze abgeleitet wurde. Aber diese Konfiguration wurde nie über verschiedene Papierstudien hinaus entwickelt.
@Peter-ReinstateMonica "Weltraum hat keine Temperatur." Ja und nein. Für jeden Punkt im Weltraum gibt es eine Temperatur, bei der ein schwarzer Körper bei dieser Temperatur im thermischen Gleichgewicht wäre. Es gibt also einen Sinn, in dem dieser Punkt im Raum diese Temperatur hat.
Das gibt mir eine Idee für eine Kaffeetasse mit einem am Rand befestigten Halteband, damit Sie es herumwirbeln können, während Sie daran arbeiten, den Kaffee darin zu halten.
@ Akkumulation, aber auch nein in dem Sinne, dass Vakuum keine Konvektionskühlung zulässt und Strahlungskühlung bei 370 K schrecklich langsam ist.
@Akkumulation Das ist jedoch weder die wissenschaftliche noch die umgangssprachliche Definition von Temperatur.
@Fax Was genau behaupten Sie, ist die wissenschaftliche Definition der Temperatur, die nicht auf den Weltraum anwendbar wäre? Mir fallen zwei Definitionen ein: Erstens, wenn zwei Objekte mit unterschiedlichen Temperaturen in thermischem Kontakt stehen, fließt Wärme von dem mit der höheren Temperatur zu dem mit der niedrigeren Temperatur (nulltes Gesetz); zweitens die mathematische Definition 1 / T = ∂ S / ∂ U . Beides kann zur Bestimmung einer Temperatur für einen kleinen Raumbereich etwa so gut verwendet werden, wie es für einen kleinen Materiebereich gelten würde.
@DavidZ Temperatur ist ein Maß für die Qualität eines Materialzustands. Dass der Weltraum kalt ist, ist eine leere Wahrheit.

Es würde nicht zu einem Block einfrieren . Es würde sich schnell ausdehnen und kochen, aber nicht in einem rollenden Kochen. Ohne Druck würden sich überall im Kaffee Blasen bilden, die sich schnell ausdehnen und dazu führen würden, dass er aus dem Becher spritzt, sobald Sie die Arretierung loslassen, die zum Halten des Deckels erforderlich gewesen wäre. Aber Verdunstung verursacht Abkühlung, sodass sich Millionen von gefrorenen Kaffeekristallen bilden und schnell auflösen würden. In unserer Entfernung von der Sonne würden die Kristalle dann mit der Zeit verdampfen (also erhaben). Im tiefen Weltraum, weit weg von der Sonne, könnten sie ewig halten.

Das ist wirklich interessant! Blasen bilden normalerweise gerne Keime (Blasenströme an den Seiten eines Glases Bier / Limonade, Mentos in eine Flasche Cola getropft), sodass der Wettbewerb zwischen schneller Demontage durch Sprudeln vs. Strahlungs- + Verdunstungskühlung / Gefrieren bedeutet, dass es darauf ankommt, wie hart die Kaffee geschleudert wird/wenn er in Tröpfchen zerfällt, sowie die Qualität des verwendeten Filters und die Feinheit des Mahlgrads.
Im Grunde genommen würde sich der Kaffee in Schnee verwandeln.
@SF. Coffee Snow klingt wie ein Name für ein leckeres Eis.
Ich gehe davon aus, dass der Kaffee genügend Partikel enthalten würde, sodass an vielen Stellen Keimbildung stattfinden würde, da der Siedepunkt jetzt so viel niedriger als die Temperatur ist. Aber möglicherweise bilden sich Blasen, die sich schnell gegen die Becheroberfläche bilden, wären der Hauptausstoßer; Ich bin mir nicht sicher, ob es merklich anders aussehen würde.
Gefrorene Kaffeeblasen klingen eher wie ein gefrorener Cappuccino. Was würden die Italiener und Australier sagen?
FWIW ohne Schwerkraft, Blasen, die durch Keimbildung erzeugt werden, hätten insbesondere nirgendwo hinzugehen. Anstatt nach oben zu steigen, würden sie die Flüssigkeit herumschieben, in der Annahme, dass es einen Austritt dafür gäbe.
@aslum mit einem Volumenverhältnis von ungefähr 1000: 1, wenn beispielsweise 1% des Wassers schnell gleichmäßig als Blasen in Gas umgewandelt würden, würde das Wasservolumen gezwungen, radial nach außen zu beschleunigen und sich sehr schnell auf das Zehnfache seiner ursprünglichen Größe auszudehnen ; und mit nichts (außer der Oberflächenspannung), um es zu stoppen, ist es möglich, dass es sich einfach nach außen bläst und weitermacht. Wir denken normalerweise an Blasen in Wasser, die aus gelöstem Gas stammen und langsam Keime bilden. Aber ich denke, es würde eher so aussehen ("alte Geschichte" von 2009) youtube.com/watch?v=ZwyMcV9emmc
„Coffee Snow klingt wie ein Name für ein leckeres Eis.“ Oder eine 90er-Rockband. Hat Coffee Snow nicht eine Zeit lang für Nirvana geöffnet? Sublimation ist die richtige Antwort, IMHO. In einem Vakuum versucht das Wasser im Kaffee, den Behälter zu füllen, in den es gegossen wurde, und der Raum ist groß. Sonnen- und kosmische Strahlung werden dann wahrscheinlich die Moleküle in Atome zerlegen.
Ich frage mich, ob es dem Experiment ähnelt, einen kochenden Becher Wasser in die Luft zu werfen, wenn es draußen extrem kalt ist?
@trognanders Ja, ich denke schon. Der Unterschied besteht darin, dass es sich aufgrund des Luftmangels im Weltraum schneller ausdehnen würde, sodass es sich ziemlich schnell in die Unsichtbarkeit auflösen würde. Die gleiche Analogie wird in einer Antwort auf diese verwandte Frage gemacht (auch oben verlinkt): astronomy.stackexchange.com/questions/24639/…
Ich denke, das Wasser würde prinzipiell auch weit von der Sonne entfernt weiter sublimieren, aber sehr langsam, über kosmologische Zeiten, oder die Kometen hätten ihr Eis verloren.
@SF. Kaffee Schnee. Das wird dann schnell das verbleibende Eis absublimieren und ein sehr feines Instant-Kaffeepulver erzeugen. Was sich bei meinem Glück sofort auf das nächste Kameraobjektiv setzen und es beschmutzen würde.
@T.Sar Haha! :) Frisch aus dem Weltall.
@uhoh: Wenn du mit heißem Kaffee anfängst, ist die schnelle Expansion durchaus wahrscheinlich. Wenn Sie mit Kaffee nahe der Gefriertemperatur beginnen, wäre die Expansion viel moderater, da die latente Verdampfungswärme von Wasser ziemlich hoch ist, sodass es nach dem schnellen Absenken der Wassertemperatur auf Null durch das anfängliche Abkochen eine ganze Weile dauern würde der Rest, um genug Wärme zu gewinnen, um mehr Blasen zu erzeugen. Wenn Sie mit Ice Latte beginnen, werden Sie wahrscheinlich nur einen leicht schaumigen Eisklumpen sehen.

Während mir die vorhandenen Antworten größtenteils richtig erscheinen, insbesondere in Bezug auf die Tatsache, dass sich ein Teil in Dampf und der Rest in Eiskristalle verwandelt, denke ich, dass sie eine interessante Erklärung auslassen. Warum verursacht Verdunstung Abkühlung? Das Verständnis, das darauf hinzudeuten scheint, dass die genaue Wirkung davon abhängt, wie heftig Sie die Tasse werfen.

Während ich ein solches Experiment noch nie in 0g durchgeführt habe, habe ich es wiederholt in 1g durchgeführt, um dieses spezielle Phänomen zu erklären. Also beginne ich mit dem Teil, den ich gesehen habe (mit Wasser und einer Vakuumpumpe).

Was ist Verdunstung? Ist es zufällig, welcher Teil einer Flüssigkeit verdunstet und welcher zurückbleibt? Nicht ganz. Auf mikroskopischer Ebene sind es, etwas selbsterklärend, die Moleküle, die an der Oberfläche vorbeibrechen und den Dampf bilden. Nun haben die Moleküle in der Flüssigkeit, wie auch anderswo, eine Verteilung unterschiedlicher kinetischer Energiewerte. Diejenigen, die am ehesten entkommen, sind diejenigen mit der höchsten kinetischen Energie. Wenn diese weg sind, haben diejenigen, die geblieben sind, im Durchschnitt eine geringere kinetische Energie. Diese Energie ist genau die Temperatur - immer niedriger.

Die Moleküle mit höherer Energie verwandeln sich also in Dampf und die Moleküle mit niedriger Energie in Eis. In 1g bleiben diese am Boden des Gefäßes zusammen. Für ein bisschen 0-g-Spekulation: Je nachdem, wie groß der Becher ist und wie heftig er geworfen wird, denke ich, dass diese energiearmen Überreste größere oder kleinere Eiskristalle bilden können. Die meisten werden so oder so Dampf sein.

Bei völliger Dunkelheit und einer Kaffeetemperatur unterhalb des Siedepunkts im Weltraum kann der Kaffee nur durch Aussendung von Strahlung abkühlen. Ob der Kaffee heiß oder kalt ausgeworfen wird, hat nur den Unterschied, dass es etwas länger dauert, bis der heiße Kaffee gefriert als der kalte Kaffee. Wenn der Raum dunkel ist und dem Kaffee hohe Geschwindigkeiten ausgesetzt werden, wird er in kleine Tröpfchen zerrissen und kühlt ab und gefriert. Wenn die Tröpfchen sehr klein sind, wird fast sofort die gesamte Wärme abgestrahlt. Wenn Sie also wie beim Sprühen werfen können, wird es ein schöner Anblick sein.
Der Strahlungsverlust des Kaffees ist bei großen Blättern verbundenen Kaffees am höchsten. Ein flaches Kaffeeblatt gibt seine Wärme am schnellsten ab. Wenn Sie es also schaffen, ein Blatt Kaffee aus der Tasse zu werfen, werden Sie sehen, wie das Blatt fest wird. Je dünner das Blech, desto schneller gefriert es.
Der gefrorene Kaffee gelangt in ein thermodynamisches Gleichgewicht mit dem Vakuum des Weltraums und erreicht eine zitternde Temperatur von etwa 2,7 (K).

Die Temperatur des Wassers liegt unterhalb der Siedetemperatur auf der Erde. Aber im Weltraum ist diese Siedetemperatur niedriger. Wenn es also die Siedetemperatur des Weltraums hat, wird es zu kleinen Tröpfchen gekocht, was einen Sprühnebel verursacht. Egal wie du es wirfst. Für niedrigere Temperaturen reicht obiges Szenario aus.

"Kaffeetemperatur unter dem Siedepunkt im Weltraum" wird nicht passieren.
@OrganicMarble Warum nicht?
Wie hoch ist der Siedepunkt von Wasser im Vakuum?
@OrganicMarble Auf dem Gipfel des Mount Everest sind es etwa 69 Grad Celsius. Ich schätze, im Weltraum sind es etwa 50 Grad?
@OrganicMarble Aber im Weltraum ist der Druck Null. Warum sollte Wasser im Weltall nicht kochen? Wenn ich es erhitze, treten irgendwann Blasen auf. Sie werden jedoch nicht an die Oberfläche steigen. Sie werden wachsen und das Wasser aufreißen.
@Methadont: Ich glaube nicht, dass das Problem darin besteht, dass das Wasser nicht kocht, ich denke, das Problem ist, dass das Wasser im Vakuum immer kocht. Sogar Stahl sublimiert im Vakuum (langsam)
@MooingDuck Ich glaube nicht. Wenn das Wasser nahe 0 Grad ist (aber darüber), bleibt es flüssig.
@Methadont: Alle Flüssigkeiten und Feststoffe sublimieren unabhängig von der Temperatur bei 0 Druck. physical.stackexchange.com/questions/132341/…
@MooingDuck Bt, warum kann Wasser nicht gleichzeitig kochen und sublimieren?
@Methadont Wasser kann bei Drücken unter dem Tripelpunkt nicht flüssig sein und kocht daher nicht buchstäblich. Wie Mooing Duck richtig betont, sublimiert es, was im Grunde dasselbe ist, aber ohne eine Flüssigkeit zu sein. Das macht Trockeneis.
@Fax Also erscheinen in einem flüssigen Wasserkörper im Weltraum keine Blasen, wenn Sie seine Temperatur erhöhen?
@Methadont-Wasser kann nur dann gleichzeitig kochen und sublimieren, wenn die Temperatur am Tripelpunkt von Wasser liegt, wo alle drei Formen zusammen existieren können, festes Eis, flüssiges Wasser und gasförmiger Dampf. Aber für die Sublimation muss es eine Oberfläche zwischen festem und gasförmigem Wasser ohne eine dünne Wasserschicht zwischen beiden geben.
Wenn ein Astronaut eine Tasse Kaffee ins All werfen würde, würde sie gefrieren oder zu Gas verdampfen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v