Как обеспечить в полете нормальные температурные условия?
21 ноября 1783 года наполненный тёплым воздухом шар братьев Монгольфье поднялся в небо над Парижем, наглядно продемонстрировав, что тёплый воздух легче холодного...
То, что ты обеспечил свою ракету рабочим телом, конечно, очень хорошо. Но надо и о своём собственном теле позаботиться, обеспечить ему нормальные условия для жизни и работы. И прежде всего температурные условия - такие, чтобы в кабине твоего космического корабля было, как говорится, ни жарко ни холодно.
Самая подходящая температура для этого примерно 20 граду-
сов (её называют обычно комнатной температурой). Такая температура должна быть по всей кабине, чтобы не получилось так, что в одном месте - 30 градусов, а в другом - 10. Как этого избежать, каким образом выравнять температуру?
Давай сначала разберёмся, как она выравнивается на Земле - ну, скажем, в твоей комнате. Допустим, в ней есть несколько источников тепла: лампочки в люстре, горячий чайник на столе, включённый телевизор, радиатор отопления, наконец, ты сам (температура у этого источника тепла не такая уж маленькая - почти 37 градусов).
Все эти источники передают своё тепло другим телам: стенам, потолку, полу, мебели, книгам, посуде, игрушкам и так далее... А как они его передают, какими способами?
Два способа передачи тепла ты знаешь: с помощью теплопроводности и с помощью тепловых лучей. Но между источниками тепла и телами, которым они это тепло передают, находится воздух, а теплопроводность у воздуха очень низкая. Поэтому слишком долго придётся ждать, пока тепло перейдёт от более тёплых мест к менее тёплым с помощью теплопроводности. А тепловые лучи очень быстро ослабевают с расстоянием (в этом ты можешь убедиться, удаляя свои ладошки от радиатора отопления). Так что для быстрого выравнивания температуры в комнате эти два способа передачи тепла - теплопроводность и лучеиспускание - не подходят.
Но, к счастью, есть ещё один способ передачи тепла. Этот способ называют мудрёным словом конвекция. По-латыни слово «конвекция» означает «перенесение». Что же переносится и куда?
Давай проследим за воздухом, который окружает какой-нибудь источник тепла, например, тебя. Нагревшись от твоего тела, воздух расширяется - ведь его молекулы начинают двигаться быстрее, поэтому они энергичнее расталкивают друг друга.
Расширившись, тёплый воздух, естественно, становится легче и поднимается вверх. Это и есть конвекция: тепло переносится вместе с самим тёплым воздухом (или с другим тёплым газом, или с тёплой жидкостью), а не по цепочке от молекулы к молекуле, как при теплопроводности. А на место поднявшегося более тёплого воздуха тут же спускается сверху менее тёплый - он плотнее, а значит, и тяжелее. Менее тёплый воздух, нагревшись от источника тепла, сам становится более тёплым и, расширившись, тоже поднимается вверх, а на его место... Наверное, можно не продолжать - всё и так ясно.
Такие путешествия более тёплого воздуха вверх, а менее тёплого вниз происходят над каждым нагретым телом. Благодаря конвекции в комнате постоянно дуют маленькие ветры, крутятся небольшие вихри. Воздух непрерывно перемешивается, температура в разных уголках комнаты всё время выравнивается...
А теперь вернёмся в кабину твоего космического корабля. Смотри-ка: здесь не происходит ничего подобного, здесь нет никакой конвекции. Почему?
Это ты сразу сообразишь. «Потому, - скажешь ты, - что в космическом корабле более тёплый воздух не может быть легче, а менее тёплый тяжелее, ведь сила тяжести тут не действует, тут царит невесомость. И значит, более тёплый воздух не будет никуда подниматься, а менее тёплый опускаться - кстати, эти слова здесь попросту не имеют смысла, потому что в кабине космического корабля нет верха и низа. Короче говоря, нагревшийся от моего тела воздух так и останется на месте. Получается, что вокруг меня всё время будет слой нагревшегося от моего тела воздуха - словно какой-то ужасно тёплый воздушный комбинезон. Так и перегреться недолго... Но раз в невесомости воздух не желает перемешиваться сам, я его заставлю! Укреплю в нескольких местах вентиляторы - и будут в моей кабине гулять ветерки, закручиваться вихри, и повсюду быстро установится одинаковая температура».
Отличное техническое решение - именно так и поступают на космических кораблях!
После того, как ты решил эту техническую проблему, для тебя не составит труда решить ещё одну, похожую: как во время полёта кипятить воду.
На Земле никакой проблемы не возникает. Мы просто ставим чайник или кастрюлю на конфорку газовой либо электрической плиты и ждём, пока вода закипит.
Чтобы вода закипела, её нужно нагреть до 100 градусов. Но ведь от конфорки нагревается только нижний слой воды - тот, который соприкасается с дном чайника или кастрюли. А как же остальная вода? За неё можно не беспокоиться. Мы отлично знаем, что до точки кипения вода нагреется вся, снизу доверху, потому что она всё время перемешивается сама собой...
«Не сама собой, - поправишь ты меня, - а с помощью конвекции: горячая вода, нагревшись у дна, поднимается вверх, а холодная опускается вниз. А так как во время полёта в космическом корабле не действует сила тяжести и поэтому на конвекцию рассчитывать не приходится, я заставлю воду перемешиваться, снабдив чайник и кастрюлю какой-нибудь механической мешалкой». Не сомневаюсь, что ты сделаешь это на высшем техническом уровне!
Почему вращается над огнём бумажная змейка? И получится ли этот опыт в невесомости? Уверен, что на эти вопросы ты сумеешь теперь ответить сам!
Константиновский М. Холодно... Теплее... Горячо!