Wenn ich eine Flasche Luft in den Weltraum mitnehme und sie öffne, wo geht sie hin?

Die Gasmoleküle in Ihrer Luftflasche sitzen nicht einfach still, sie bewegen sich in zufällige Richtungen. Aus dem Gedächtnis beträgt die Geschwindigkeit von Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen bei Raumtemperatur etwa 500 Meter pro Sekunde.

Wenn die Flasche geschlossen wird, treffen die Luftmoleküle auf die Wände und den Deckel der Flasche und prallen zurück, sodass die Luft in der Flasche bleibt. Wenn Sie den Deckel abnehmen, dann werden die meisten von ihnen ziemlich bald durch die Öffnung entkommen sein, weil sich die Gasmoleküle zufällig und mit hoher Geschwindigkeit bewegen.

Wenn Sie jetzt hier auf der Erde den Deckel von der Flasche abnehmen, schwirren Luftmoleküle in der Atmosphäre außerhalb der Flasche herum, so dass gleichzeitig mit dem Entweichen der Luftmoleküle in der Flasche Luftmoleküle aus der Atmosphäre in die Flasche eintreten. Das Endergebnis ist, dass die Flasche voller Luft bleibt.

Wenn Sie den Deckel im Weltraum abnehmen, entweichen die Luftmoleküle in der Flasche, aber es gibt keine Luftmoleküle im Weltraum, um sie zu ersetzen, sodass die Flasche sehr schnell leer ist. Die Luftmoleküle, die in der Flasche waren, werden mit einigen hundert Metern pro Sekunde in den Weltraum fliegen.

Es wird in den Weltraum diffundieren.

Der Weltraum ist ein nahezu perfektes Vakuum – sein Druck ist nahezu Null und er hat extrem wenig Materie (zumindest in den leeren Teilen).

Andererseits hat Ihre Flasche einen relativ hohen Druck. Wenn Sie die Barriere entfernen (durch Öffnen der Kappe), strömt die Luft auf natürliche Weise in den Bereich mit niedrigem Druck.

Dort erzeugt es einen lokalisierten Luftklumpen mit niedrigem Druck – aber nicht so niedrig wie der umgebende Raum. Dieser lokalisierte Fleck breitet sich aufgrund des Druckunterschieds aus.

Theoretisch werden sich die Luftpartikel unendlich weiter ausbreiten, wenn wir die Schwerkraft vernachlässigen, die Tatsache, dass das Universum andere Dinge enthält und dass Materie nicht kontinuierlich ist. Jedenfalls wird es zu einer unglaublich vernachlässigbaren Erhöhung des Drucks in der unmittelbaren Umgebung kommen.

Das war's – die Luft breitet sich einfach aus. Ähnlich wie, was passiert, wenn Sie einen Tropfen rote Lebensmittelfarbe in einen Wassertank geben – es entsteht zunächst ein lokalisierter roter Klecks, der sich ausbreitet, bis die Farbänderung vernachlässigbar ist.

Beachten Sie, dass dieser Prozess im Weltraum viel schneller ist als der mit der roten Lebensmittelfarbe. Die beiden sind ähnliche Phänomene, aber die Mechanik ist unterschiedlich.

Wenn Sie den Deckel abnehmen, entweichen alle Moleküle, die sonst darauf treffen würden, da nichts sie zurückhält. Obwohl sich die Moleküle mit einer typischen thermischen Geschwindigkeit von etwa 500 m/s bewegen, beträgt die mittlere freie Weglänge von Molekülen in Luft etwa 70 nm, und es dauert daher einige Zeit, bis Moleküle in der Nähe des Flaschenbodens "herausfinden", dass dies der Fall ist Deckel ist geöffnet. Der Effekt ist eine Welle abnehmenden Drucks, die sich mit etwa Schallgeschwindigkeit in der Flasche vom Deckel zum Boden ausbreitet.

Wie ein Professor von mir sagte: "Enthalpieregeln!" Die Wärme/Energie wird in den Weltraum abgeführt und die Sauerstoffmoleküle werden langsamer und wandern, bis sie einen neuen "Platz" finden, an dem sie verwendet werden können. Es kann Sauerstoff im Weltraum geben, aber es gibt keine Atmosphäre, die ihn zusammenhält, um von Menschen genutzt zu werden.

Es funktioniert einfach wie ein Ballon hier auf der Erde. Die Luft hat einen Überdruck (da der Raum praktisch keinen Druck hat). Wenn Sie also den Ausgang öffnen, strömt sie heraus, bis der Druck im Inneren gleich dem Außendruck ist (dh 0). In dieser Hinsicht ist der Weltraum wirklich nichts Besonderes.