Wenn ich neben einem Stück Metall stehen würde, das auf eine Million Grad erhitzt wird, aber in einem perfekten Vakuum, würde mir dann heiß werden?

Ein Freund von mir sagte mir, wenn Sie neben einer Millionen Grad heißen Metallplatte in einem 100%igen Vakuum stehen würden, würden Sie ihre Hitze nicht spüren. Ist das wahr? Ich verstehe die Argumentation, dass es keine Luft gibt, also keine Konvektion, und wenn Sie sie nicht berühren, gibt es auch keine Leitung. Ich frage eher nach der von ihm emittierten Wärmestrahlung.

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Antworten (8)

Ich frage eher nach der von ihm emittierten Wärmestrahlung.

Hier ist eine quantitative Schätzung.

Angenommen, die Heizplatte blieb lange genug intakt, um das Experiment durchzuführen. Für eine grobe Schätzung können wir die heiße Metallplatte als schwarzen Körper behandeln. Nach dem Wienschen Verschiebungsgesetz die elektromagnetische Strahlung, die ein schwarzer Körper bei Temperatur aussendet T ist bei der Wellenlänge am stärksten

(1) λ = B T B ≈ 2.9 × 10 − 3   M ⋅ K .
Die pro Flächeneinheit abgestrahlte Gesamtleistung ergibt sich aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz
(2) P A = σ T 4 σ ≈ 5.7 × 10 − 8   W M 2 ⋅ K 4 .
Für T = 10 6   K , diese Schätzungen geben
λ ≈ 2.9 × 10 − 9   M
Und
P A ≈ 5.7 × 10 16   W M 2 .
Diese Wellenlänge liegt im Röntgenbereich , und diese Leistung ist mehr als das Billionenfache der Leistung, die ein Mensch auf der Erde von der Sonne erhalten würde, wenn es keine Wolken und keine Luft gäbe.

Würdest du es fühlen? Ich bin mir nicht sicher. Wahrscheinlich nur ganz kurz.

Angesichts dessen, wie langsam Nervensignale im Vergleich zu Licht sind, bin ich mir ziemlich sicher, dass Sie es nicht spüren würden: P
Ist es fair, ein Metall mit einem schwarzen Körper anzunähern? Haben gewöhnliche Metalle bei hohen Temperaturen einen hohen Emissionsgrad (während sie noch nicht verdampft sind)?
@Ruslan. Um einen Kommentar des Benutzers Fattie zu wiederholen: „Sicherlich und offensichtlich ist die Frage, dass das Metall bei dieser Temperatur kein Metall oder ein schwarzer Körper oder verdampft wäre, nicht der Punkt der Frage.
Es gibt noch einige Fragen über die Größe der Platte und den Abstand zwischen der Person und der Platte. Eine Million-Kelvin-Platte eines Quadratmeters in 150 Millionen km Entfernung wird nicht viel bewirken, da sich ihre Strahlung über die Kugel ausbreitet, deren Mittelpunkt sie ist.
@J.Manuel Trotzdem ist Ruslans Kommentar immer noch fair, wenn sie sich fragen, ob dies einen großen Einfluss auf die Antwort haben würde.
@Ian OP gab an, dass die Testperson "neben dem Teller" stehen würde und erwähnte "aber nicht berühren". Der Abstand beträgt also 0,1 bis 1 Meter.
@Ruslan Selbst wenn die Platte irgendwie nur 0,1% dessen emittieren würde, was Sie von Schwarzkörperstrahlung erwarten würden, würde sich in diesen Maßstäben nicht viel ändern.
Auch wenn wir die Strahlung ignorieren, wird die explodierende Metallplatte Sie verdampfen, bevor Sie etwas spüren. Bei einer Million Grad gibt es keine Metallplatte, es gibt nur heißes, dichtes Plasma ...
@J.Manuel Bei diesen Temperaturen geraten wir in den Bereich der "exotischen" Materie. Elektronen werden frei (genügend) sein, das heißt schwarzer Körper.
@Aron Ich meine, du konzentrierst dich auf die falsche Idee. Wenn sich zwei Freunde unterhalten, sollen diese lächerlichen Zahlen etwas verdeutlichen. In diesem Fall ist „ Wärme kann nicht durch Vakuum übertragen werden, oder sie wird nur minimal durch Strahlung übertragen “, was das Hauptanliegen des OP ist, und die kurze Antwort darauf lautet „ Nein, kann es “. Um 100000 Grad geht es hier also nicht. Diese Antwort geht noch weiter, indem sie sogar einen Einblick gibt, was passieren würde, wenn Sie bei 1000000 Grad neben „etwas (irgendetwas)“ stünden: Sie würden wahrscheinlich atomisiert werden.
J.Manuel Oooo die Elektronen haben relativistische Energien! Also würde auch Tscherenkow-Strahlung mit einfließen!

Die anderen Antworten liefern eine gute Erklärung, warum Ihr Freund in diesem Fall falsch liegt. Ich möchte nur darauf hinweisen, wie Sie beide leicht zu derselben Schlussfolgerung gelangen können, ohne viel über die beteiligte Physik zu wissen:

Die Oberfläche der Sonne beträgt etwa 6000 Grad (Celsius und Kelvin). Es ist durch 150 Millionen Kilometer Vakuum von Ihnen getrennt, aber Sie können es deutlich spüren. Daraus folgt, dass Sie auch höhere Temperaturen spüren konnten, bis zu dem Punkt, an dem Sie überhaupt nichts mehr spüren konnten.

Obwohl es wahr ist, folgt es nicht. Ohne breiteres Wissen könnten wir zu dem Schluss kommen, dass die Atmosphäre um uns herum aufgeheizt ist, der Raum dahinter jedoch nicht.
@ Strawberry Ich verstehe nicht, worauf Sie hinaus wollen. Unterscheiden Sie zwischen Orten, an denen etwas erhitzt werden muss (Atmosphäre) und Orten, an denen es nichts gibt (Weltraum)? Wenn ja, dann gibt es per Definition etwas zu erhitzen, egal wo Sie sind. Wenn Sie einfach sagen, dass sie etwas Besonderes an der Atmosphäre sein könnten, dass sie Wärme absorbiert, wo ein menschlicher Körper dies nicht tun würde, gibt es a priori keinen Grund, dies zu glauben.
Die Sonne von der Erde aus zu spüren, hat aber nichts mit der Oberflächentemperatur der Sonne zu tun, oder? Mir scheint, es geht um die Strahlung der dortigen Kernreaktionen.
@Dronz nein, wenn du die Gammastrahlen meinst. Sie spüren die Gammastrahlen nicht als Wärme. Es ist Wärmestrahlung, die Sie als Wärme spüren können. Und die Wärmestrahlung ist eine direkte Folge der Oberflächentemperatur.
@Džuris Oh, also würde alles mit einer so großen Oberfläche bei dieser Temperatur so viel Wärmestrahlung abstrahlen, unabhängig vom Inneren (obwohl die Oberfläche in diesem Fall das Ergebnis des Inneren ist)? (Und wäre es fair zu sagen, dass Wärmestrahlung Licht ist?)
@Dronz Genau. Darüber hinaus durchdringt nur ein relativ kleiner Teil der Strahlung die obersten Schichten der Sonne, das meiste davon prallt im Inneren ab und wird, glaube ich, in langwelligere Strahlung wie Infrarot umgewandelt.
@ Strawberry "Während die Atmosphäre um uns herum aufgeheizt ist, ist es der Raum dahinter nicht." Das ist jedoch der Punkt - die Temperatur der Atmosphäre wird auf ein paar hundert Kelvin wärmer angehoben, als wenn sie nicht von der Sonne erwärmt würde, und die Sonne ist viel kälter und weiter entfernt als das von der Frage angenommene Objekt. Wenn ein Objekt mit einer Oberflächentemperatur von 6000 Kelvin, das durch 150 Millionen km Vakuum getrennt ist, etwas um ein paar hundert Kelvin erwärmen kann, dann würde ein Objekt mit einer Million Grad Kelvin in einer Entfernung von nur etwa einem Meter definitiv eine merkliche Erwärmungswirkung haben .
Wie Dronz habe ich hier eine kleine Trennung. Der Erdkern liegt ebenfalls bei etwa 6000 K und viel näher. Wir werden jedoch nicht von seiner Schwarzkörperstrahlung gebräunt. Ich sage nicht, dass ich die geothermische Wärme, die mein Stadthaus im Winter aufwärmt, nicht genießen würde :-) Nur ein bisschen überrascht, dass die Sonne "nur ein schwarzer Körper bei 6000 K" wäre.
@JyrkiLahtonen, Die Strahlung aus dem Erdkern wird durch die Metall- und Gesteinsschichten über dem Kern gestoppt. Die Energie muss über Leitung übertragen werden, was bei etwas so Massivem wie einem Planeten sehr lange dauert. Das ist auch der Grund, warum die Sonnenoberfläche nur 6kK statt 15MK beträgt.
@JyrkiLahtonen Die Sonnenoberfläche im Vergleich zum Erdkern . Wenn Sie den Erdkern auf magische Weise freilegen würden, würde er tatsächlich genauso leuchten wie die Sonne. Beachten Sie, dass "Bräunen" sowieso nicht der Punkt ist, da dies der Teil ist, der nicht von der Oberfläche kommt - sonnenähnliche UV-Niveaus erfordern höhere Temperaturen als der Erdkern. Aber das Doppelte spielt keine Rolle, da man UV sowieso nicht als Hitze empfindet – weshalb man an einem leicht bewölkten Tag so leicht einen Sonnenbrand bekommt; Das sichtbare und infrarote Licht (die meiste „Wärme“, die wir spüren) wird selbst von dünnen Wolken leicht absorbiert und gestreut, UV hingegen nicht.
Danke @Luaan. Ja, über "Bräunen" zu sprechen, war stumpfsinnig.
Danke @Michaels. Diese Abbildungen. Ich glaube, ich war nur ein bisschen überrascht, dass die Oberflächentemperatur der Sonne (oder die dieser imaginären "Platte") das Einzige ist, was zählt.
@anaximander Oberflächentemperatur von 6000 Kelvin getrennt durch 150 Millionen km - Denken Sie daran, dass die Sonne riesig ist . Wenn Sie ein auf 6000 Kelvin erhitztes Stück Metall nehmen und es 150 Millionen km von sich entfernt platzieren würden, würden Sie es nicht einmal bemerken. Es würde nicht einmal einen Bruchteil der Energie freisetzen, die die Sonne tut.
@wald Richtig. Ein Objekt , das n- mal so groß wie die Sonne ist, müsste n -mal näher sein, wenn ich mit der Mathematik nicht falsch liege.

Dein Freund liegt völlig falsch. Berücksichtigen Sie die folgenden Dinge:

  1. Die Temperatur, von der Sie sprechen, ist sehr hoch, kein Metall wäre bei der Temperatur, von der Sie sprechen, in einem festen Zustand. Bevor Ihre Platte Millionen von Grad erreicht, wäre sie also schon lange vorher geschmolzen.

  2. In Bezug auf die Wärmestrahlung ist Ihr Verständnis richtig. Die Strahlung der Sonne erreicht die Erde und es gibt ein Vakuum dazwischen. Wenn Sie also ein Objekt haben, das so heiß ist, wie Sie sprechen, wird es gemäß der Stefan-Boltzmann-Gleichung Wärmestrahlungsenergie pro Zeiteinheit emittieren. Und denken Sie daran, dass die Rate der emittierten Strahlung proportional zur vierten Potenz der Temperatur ist, also würde eine Verdoppelung der Temperatur die Rate um das 16-fache erhöhen. Sie können die Energie berechnen, die pro Flächeneinheit Ihrer Haut erreicht wird, und herausfinden, was passiert!

Meinen Sie nicht, dass die Platte sublimieren wird, anstatt zu schmelzen, da die Temperatur über ihrem Siedepunkt liegt?
@Ferrybig Da OP die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur auf Millionen Grad ansteigt, nicht erwähnt hat, habe ich nicht angenommen, dass die Temperatur plötzlich auf Millionen Grad ansteigen würde. Ich stimme zu, dass keines der OP erwähnt hat, dass die Temperatur langsam ansteigt, damit das Metall schmelzen kann, also verstehe ich wohl Ihren Standpunkt. Es ist nur so, dass ich angesichts der Absicht der Frage nicht das Gefühl hatte, zu technisch in Bezug auf Dinge zu sein, die keine Rolle für die Gesamtbotschaft spielen, die die Antwort vermitteln sollte. Manchmal habe ich das Gefühl, zu technisch zu sein, wenn es nicht nötig ist, könnte das Ziel, die Einsicht zu vermitteln, zunichte machen
Komischerweise denke ich, dass es in diesem Fall sublimieren könnte; aber nicht aus den Gründen, die Ferrybig vorschlägt. Es kommt wohl auch stark auf das Metall an, nur bei Eisen konnte ich auf die Schnelle Informationen finden. Wenn Sie von einem tatsächlich perfekten Vakuum ausgehen, hat Eisen bei diesen Drücken keine flüssige Phase , sodass es zumindest anfänglich sublimieren würde. Der Partialdruck des Eisendampfes könnte ausreichen, um den Rest trotzdem zum Schmelzen zu bringen, sobald ein Teil davon verdunstet ist.
@JMac Nun, das ist ein netter Punkt, ich habe nicht in diese Richtung gedacht. Danke fürs Schreiben.
@Ferrybig, es wird vollständig ionisieren, anstatt zu sublimieren.
@OrangeDog Man könnte wahrscheinlich sagen, dass es beides tut. Es würde mit der Sublimation zu Beginn des Erhitzens beginnen; Aber sobald es anfängt, höhere Temperaturen zu erreichen, halte ich es nicht für vernünftig anzunehmen, dass es sich um einen Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas handelt.

Ein Freund von mir sagte mir, wenn Sie neben einer Millionen Grad heißen Metallplatte in einem 100%igen Vakuum stehen würden, würden Sie ihre Hitze nicht spüren. Ist das wahr?

Nicht wahr. Wärme kann durch ein physikalisches Medium geleitet oder als elektromagnetische Strahlung übertragen werden, insbesondere als Infrarotwellen, die durch das Vakuum gewandert sind.

Vielleicht möchten Sie den Teil ändern, an dem Sie angeben, dass das Wackeln von Objekten mit niedriger Temperatur Konvektion / Leitung erfordert. Alle Objekte senden Schwarzkörperstrahlung aus. Die Intensität/Energie hängt von der Temperatur ab – deshalb können Raubtiere mit Infrarotsicht die Hitze ihrer Beute sehen, während Dinge, die ein paar hundert Grad erhitzt werden, rot leuchten, und warum Dinge, die noch weiter erhitzt werden, weiß werden. Bei niedrigeren Temperaturen ist es möglicherweise nicht sichtbar , aber die Strahlung findet immer noch statt.

Eigentlich hat Ihr Freund wahrscheinlich Recht, aber aus dem falschen Grund. So viel Energie wird Sie in sehr kurzer Zeit braten – und wird wahrscheinlich die Nerven töten, bevor sie „heiß“ sagen können!

Denken Sie daran, dass Energie in der 4. Potenz der Temperatur liegt. Die 100-fache Sonnentemperatur entspricht der 100-Millionen-fachen Energie. Es gibt keine Frage, die ausreicht, um dich sehr schnell zu töten, die einzige Unsicherheit, die ich hier habe, ist, ob du etwas wahrnehmen wirst, bevor das passiert.

Warum die negativen Stimmen? Das ist eigentlich die richtigste Antwort. In der Nähe von etwas zu sein, das über die hundertfache Oberflächentemperatur der Sonne hat, wird Sie dazu bringen, sich tot zu fühlen (wie auch immer das ist).
+1 hat es auf Null gesetzt, aber es ist immer noch eine schlechte Antwort, weil es nicht erklärt, warum. Siehe die am häufigsten gewählte Antwort für ein Beispiel für denselben Punkt, der gut gemacht wurde
Du würdest nichts wahrnehmen, bevor es passiert. Die Energie, die Sie erhalten würden, wäre größer als die, wenn Sie auf einer Wasserstoffbombe sitzen würden, und natürlich bewegt sich die Druckwelle einer Bombe viel langsamer als Licht.
@forest Das Problem ist, wie schnell Nerven wahrnehmen können und wie schnell sich die Signale entlang der Nerven bewegen. Die schnellsten Signale sind nur etwa 120 m/s und das Gehirn braucht auch Zeit, um diesen Impuls in eine Empfindung zu übersetzen.

Wärmestrahlung wäre in der Tat ein Thema, aber es gibt ein paar interessante Facetten dieser Frage und ihrer Antwort, die durch die Übertreibung verdeckt werden. Es ist aufschlussreich, die Übertreibung abzuziehen, um mehr zu erfahren.

Zunächst einmal ist "Millionen Grad" nicht mit "Metall" im bekannten Sinne vereinbar. Eisen siedet bei 2862°C. Wolfram schmilzt bei 3422 °C und siedet bei 5930 °C[1]. Bei Millionen von Grad hättest du einen expandierenden Plasmaball, der mit seiner eigenen Wärmestrahlung konkurriert, um zu explodieren und dich zu töten. Wir könnten postulieren, dass etwas das Plasma einschließt, und in diesem Fall würde Sie die Wärmestrahlung in kurzer Zeit kochen, wie in anderen Antworten untersucht.

Ich denke jedoch, dass Ihr Freund an ein sehr reales Phänomen gedacht hat, das oft durch einführende Lehrpläne für Physik verdeckt wird. Ich sehe es hier nicht erwähnt, aber es hat viele Menschen buchstäblich und metaphorisch verbrannt, daher lohnt es sich, die Frage neu zu stellen, um dieses Phänomen hervorzuheben.

„Wenn Sie Ihre Hand in der Nähe eines Blocks aus 660 °C heißem Aluminium bewegen, der knapp unter seiner Schmelztemperatur liegt, spüren Sie dann die Hitze, vorausgesetzt, die konvektive Wärmeübertragung ist vernachlässigbar?“

Wir kennen heiße Gegenstände aus dem Alltag und erwarten intuitiv, dass heiße Gegenstände Wärme abstrahlen. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz sagt uns, wie viel Leistung ein Schwarzer Körper pro Fläche ausstrahlt, und viele Gegenstände unseres Alltags werden durch Schwarze Körper anständig angenähert. Unter der Annahme, dass sich das Aluminium wie ein schwarzer Strahler verhält – was Sie jetzt sehr misstrauisch machen sollten – könnten Sie intuitiv erwarten, dass Sie ungefähr die folgende Leistung/Fläche der abgestrahlten Wärme spüren, wenn Sie mit Ihrer Hand vorbeischwenken:

P A = σ T 4 ≈ ( 5.67 ⋅ 10 − 8 ) ( 273 + 660 ) 4 ≈ 4.3 W / C M 2

Sie würden nur 3% davon spüren. Sie könnten fälschlicherweise annehmen, dass das Aluminium eine niedrige Temperatur hat, es berühren und sich verbrennen. Viele haben.

Der Grund ist einfach, dass sich viele Materialien unter vielen Bedingungen nicht wie schwarze Körper verhalten. Aluminium ist ein notorischer Ausreißer. Das Verhältnis der tatsächlich emittierten Wärmestrahlung zur Schwarzkörperstrahlung wird als thermisches Emissionsvermögen bezeichnet und variiert ziemlich stark für verschiedene Materialien, Oberflächenbeschaffenheiten usw.:

https://en.wikipedia.org/wiki/Emissivity

Im Labor hat dies praktische Konsequenzen. Sie können die Temperatur von glänzenden Metalloberflächen nicht durch eine Wärmebildkamera ablesen, da sich diese Oberflächen wie Spiegel verhalten und nicht wie Leuchtstäbe, die die Temperatur anzeigen. Sie können dieses Problem beheben, indem Sie kleine schwarze Flecken zu allen glänzenden Teilen hinzufügen, die Sie messen müssen.

Ich erschrecke mich mindestens einmal im Jahr, indem ich einen Stromkreis zusammenbaue, ihn beim ersten Einschalten durch eine Wärmebildkamera beobachte, hinüber greife, um ein Netzteil einzuschalten, und bei dem plötzlichen Temperatursprung zurückspringe, weil ich die Wärmereflexion meines Arms sehe die glänzenden Komponenten.

[1] Direkt von den Wikipedia-Seiten für Eisen und Wolfram übernommen. Ich glaube, diese Temperaturen gehen von einem Vakuum aus, haben dies aber nicht überprüft. Unabhängig davon würde ich nicht erwarten, dass P = 1 atm die Diskussion grundlegend ändert.

Sie würden seine Schwarzkörperstrahlung spüren, da es sich um eine EM-Welle handelt und keine physische Unterstützung benötigt, um sich auszubreiten. Außerdem ist "100% Vakuum" keine strenge Definition des Zustands Ihres Systems.

Die Antwort wäre dieselbe, unabhängig davon, ob Sie sich in einem Ultrahochvakuum oder bei 500 Atmosphären befinden oder nicht. Du würdest so oder so sofort sterben.
@forest Du hast Recht, ich habe nur auf ein Problem bei der Definition der Frage hingewiesen, obwohl es keinen Einfluss auf das Ergebnis hat.
@forest Nun, tatsächlich würde es bei 500 Atmosphären eine konvektive Übertragung geben

Die Schwarzkörper-Antworten sind in Ordnung, aber ich möchte darauf hinweisen, dass niemand die Menge des vorhandenen Materials berücksichtigt hat. Wenn Sie ein Metallgas mit 100 Atomen hätten, die bei der angegebenen Temperatur einer Maxwell-Boltzman-Verteilung gehorchen, würden Sie nichts fühlen.

100 Atome können kaum als "Metallplatte" beschrieben werden, wie in der Frage angegeben
Angenommen, die Platte ist eine Scheibe mit Radius X, 1 Meter von der Person entfernt, die die Sonne als Scheibe mit Radius 700 mm annähert, 150 mm von der Person entfernt, erhalten wir 1 m= X²×15,6×10¹⁵÷441 , was uns X ergibt =170 nm Radius, um der Intensität der Sonne zu entsprechen. Ungefähr so ​​groß wie ein Virus . (1 μm Radius mit Aluminium bei 3% Emissionsgrad.) Ich glaube nicht, dass das OP das im Sinn hatte.
Wenn ich neben einem Stück Metall stehen würde, das auf eine Million Grad erhitzt wird, aber in einem perfekten Vakuum, würde mir dann heiß werden?
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