Остывание тела в вакууме

Здравствуйте.

Есть сосуд. Из него откачали воздух и внутрь поместили тело с сильно отражающей поверхностью (например, двустороннее зеркало). Поскольку теплообмен невозможен, а приток тепла ограничен, тело начнёт активно остывать, пока его температура не приблизится к абсолютному нулю. Правильно ли я рассуждаю?

0

Сообщение от nikipor Поскольку теплообмен невозможен

Не бывает. Теплообмен может быть сильно "задавлен", но полностью от него избавиться не получится - излучение нагретых тел никуда не денется, идеальных зеркал в природе не бывает.

Сообщение от nikipor тело начнёт активно остывать, пока его температура не приблизится к абсолютному нулю.

Соответственно, нет, оно постепенно примет температуру "окружающей среды" (в данном случае - стационарную для имеющихся источников излучения).

Сообщение от nikipor Правильно ли я рассуждаю?

Ну уже понятно, что нет. В принципе, можно заметить, что вы придумали вечный двигатель второго рода (устройство, нарушающее второе начало термодинамики). Отсюда, кстати, следует и невозможность существования идеальных зеркал.

3

Теплообмен сильно близок к нулю, ибо вакуум глубок, а тело ни к чему не прикасается.

В любом случае, если есть даже небольшая разница в цвете внутренних стенок сосуда и наружи помещённого в него тела, равновесие теплопередачи будет смещено?

Так я не напрашиваюсь на вечный двигатель. Меня интересует, будет ли смещено равновесие?

Сообщение от Pphantom невозможность существования идеальных зеркал

Этого я не очень понимаю. Как следует?

0

Сообщение от nikipor ибо вакуум глубок, а тело ни к чему не прикасается.

а при чем тут вакуум к гравитации? Вы где сосуд-то держите? Если на какой-либо планете - это одно, если где-то в космосе - это другое.

Добавлено через 4 минуты

Сообщение от nikipor тело начнёт активно остывать

активно оно начнёт остывать если его поместить в морозилку, а если так - то суть остывания - это передача тепловой энергии куда-то кому-то. а кому тело будет передавать энергию в вакууме??

0

В условиях вакуума теплообмен осуществляется излучением. Тело будет получать больше лучистой энергии от стенок вашего сосуда и установится равновесие. Оно может быть не равно температурное. Есть пример: тело излучающее в некотором диапазоне, в котором из космоса к нам ничего не приходит действительно охлаждается.

0

Сообщение от nikipor сильно близок к нулю

Сильно близок - это не строго нуль. Вы просто замедлите процесс релаксации, но не выключите его совсем.

Сообщение от nikipor Так я не напрашиваюсь на вечный двигатель. Меня интересует, будет ли смещено равновесие?

Нет. И смещение равновесия в этом случае - это как раз и есть он самый, по определению.

VAF34, все правильно, кроме этого момента:

Сообщение от VAF34 и установится равновесие. Оно может быть не равно температурное.

Именно "равнотемпературное". У ТС при этом получается замкнутая прорелаксировавшая система, у нее все компоненты имеют одну и ту же температуру по определению температуры.

0

Сообщение от kumehtar Вы где сосуд-то держите?

Пусть будет невесомость. Да и мало ли как я его подвесил. Мож на магнитах.

Добавлено через 49 секунд

Сообщение от kumehtar кому тело будет передавать энергию в вакууме?

Стенкам камеры. Через излучение.

Добавлено через 2 минуты

Сообщение от Pphantom по определению температуры

Это как?

Добавлено через 1 минуту
Количество энергии в системе сосуд-содержимое не меняется, поэтому я думал, что закон сохранения не нарушается.

Добавлено через 46 секунд

Сообщение от Pphantom прорелаксировавшая система

Что это?

0

Сообщение от Pphantom Именно "равнотемпературное"

В кавычках!
Зависимости лучистой энергии от частоты зависят от многих факторов и различны для тела и стенок. Равновесие будет тогда когда получаемый поток, определяемой температурой стенки, будет равен испускаемому, зависящему от температуры тела. Это и есть уравнение для температуры тела.

0

Будем рассуждать логически

Еслт внутреннее тело по своим св-вам излучает больше, чем поглощает, то наружнее поглощает больше, чем излучает (вовнутрь). Тогда температура внутренноего тела будет понижаться, а наружнего - расти, и с ростом его температуры оно будет больше излучать вовнутрь, снова нагревая внутреннее тело. Однако, наружнее тело излучает ещё и наружу... Короче, нужны формулы, а я не умею ими пользоваться...

0

Сообщение от nikipor нужны формулы

До формул нужно схема конструкции. Но еще раньше, что вы хотите оценивать? Не поискать ли похожее в интернете?

0

Сообщение от VAF34 что вы хотите оценивать

Температурное равновесие. Теплопотоки.

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от VAF34 Не поискать ли похожее в интернете?

Конечно, можно... Но я настолько дуб, что даже не знаю, как искать

0

Сообщение от nikipor Это как?

Буквально. Температура - характеристика распределения частиц по энергиям в макроскопической системе, пришедшей в равновесное состояние.

Сообщение от nikipor Количество энергии в системе сосуд-содержимое не меняется, поэтому я думал, что закон сохранения не нарушается.

ВД второго рода - это устройство, нарушающее второе начало термодинамики. Закон сохранения энергии - это первое начало (а то, что его нарушает, называется "вечным двигателем первого рода").

Сообщение от nikipor Что это?

Кхм... не обижайтесь, но вы физику в каком примерно объеме знаете (школа, технический ВУЗ, физический ВУЗ...)? Ответ в общем случае будет очень длинным, поэтому будет существенно проще, если понимать, откуда можно начинать.

VAF34, это правильно, но вы не учитываете разницу между стационарным режимом, который возникает в открытой системе (грубо говоря, объект чем-то сбоку освещается, поглощает энергию и сам ее переизлучает), и равновесным состоянием, которое получится в закрытой системе. Первое в реальной жизни встречается намного чаще, но в данном случае ТС описывает второе.

Сообщение от nikipor Еслт внутреннее тело по своим св-вам излучает больше, чем поглощает

Осталось придумать, как этого добиться в произвольных условиях.

0

Сообщение от Pphantom вы физику в каком примерно объеме знаете

Школа, лет 50 назад

0

Сообщение от nikipor Стенкам камеры. Через излучение.

фигня это всё. тело и стенки будут излучать там что-то друг другу. что это изменит? может изменить если сама камера будет что-то куда-то излучать внешними стенками. но если допустить непроницаемость стенок камеры для излучения - то пусть себе излучает, хоть до посинения.

вот вы например знаете что в скафандрах космонавтов встроена водная система охлаждения? Не обогрева, а именно охлаждения. Чтобы охлаждать пилота, чтобы он не получил тепловой удар. И никакое излучение ему не помогает.

0

Сообщение от nikipor Школа, лет 50 назад

У... тяжело. Ну ладно, попробуем.

Есть такой физический (на самом деле даже математический, только хорошо замаскированный) факт: все замкнутые системы из большого числа частиц, предоставленные самим себе, со временем переходят в состояние, для которого вероятность его обнаружения - наибольшая из возможных (в других терминах - с наибольшим статистическим весом, с наибольшей энтропией), после чего это состояние практически не меняют, слабо колеблясь вокруг него. Итоговый результат называется равновесным состоянием, а процесс перехода в него - релаксацией (соответственно, "прорелаксировавшая система"="система, перешедшая в равновесное состояние"). Причина в том, что переходы в более вероятное состояние тоже являются более вероятными и система быстро "сваливается" в наиболее вероятный вариант. При этом в получившемся после релаксации состоянии частицы внутри системы движутся так, что их перемещения компенсируются - если из условной части системы №1 в часть №2 улетит сколько-то частиц, то примерно столько же за то же время переместится в обратном направлении.

Можно воспользоваться такой аналогией - не идеальной, но более-менее показательной. Есть человеческое общество, в котором используются деньги. Если на начальном этапе каким-то образом вбросить их в общество, распределив между людьми случайным образом, то сначала ситуация с количеством бедных/богатых, распределением денег по обществу и т.п. будет быстро меняться, но со временем возникнет какое-то более-менее устойчивое распределение, зависящее от имеющихся условий - столько-то богатых, столько-то умеренно богатых и т.д. Система тоже прорелаксирует, после чего ее статистические характеристики перестанут меняться, хотя все ее участники по-прежнему будут кому-то за что-то платить и у кого-то за что-то получать деньги - но денежные потоки скомпенсируются.

Ну и в интересующем нас случае важно как раз это свойство равновесного состояния - компенсация внутренних перемещений (частиц, энергии, денег, чего угодно еще). Ваше исходное тело будет излучать больше энергии в единицу времени, чем получать, до тех пор, пока оно более горячее чем "окружающая среда". Но в один прекрасный момент его температура сравняется с температурой этой "среды", после чего и среда будет излучать в тело столько же энергии в единицу времени. Наступит равновесие.

0

Сообщение от Pphantom Можно воспользоваться такой аналогией

Мне кажется, аналогия не совсем подходит. Система придёт в равновесие, и у одних денег будет больше, чем у других. Собственно, что я и предполагал по поводу температуры...

Сообщение от Pphantom исходное тело будет излучать больше энергии в единицу времени, чем получать, до тех пор, пока оно более горячее чем "окружающая среда"

Что в данном случае понимается под словом "среда"?
И почему оно вдруг горячее? В исходном состоянии температуры тел равны.

0

Сообщение от nikipor Система придёт в равновесие, и у одних денег будет больше, чем у других. Собственно, что я и предполагал по поводу температуры...

А деньги в данном случае - не температура. Деньги - это энергия, именно она бывает у отдельных частиц системы. Температура же - это характеристика только всей системы в целом.

Сообщение от nikipor Что в данном случае понимается под словом "среда"?

Что-то снаружи, что излучает. По условию у вас там вакуум (которого, правда, тоже достичь не удастся, но это ладно), так что обмен энергией происходит только излучением.

Сообщение от nikipor И почему оно вдруг горячее? В исходном состоянии температуры тел равны.

Вы раньше это не упоминали, но пусть: тогда сразу же ничего интересного происходить не будет, зеркало будет излучать в единицу времени энергии столько же, сколько поглощать.

0

Сообщение от Pphantom зеркало будет излучать в единицу времени энергии столько же, сколько поглощать

Ага, вот он, корень зла! Можете объяснить, как это?

0

Сообщение от nikipor Ага, вот он, корень зла! Можете объяснить, как это?

В деталях - боюсь, что нет, мои педагогические способности не настолько велики, а тут придется так или иначе внедрить в вас понимание первых примерно трех курсов приличного физического ВУЗа.

А если "в общих чертах", то любое зеркало является таковым только в каком-то спектральном диапазоне, причем излучает оно в основном тоже не в нем (зеркальный слой на самом деле является таковым не только для внешнего излучения, но и для внутреннего). Соответственно, если вы в сосуд поместите "оптическое" зеркало, то оно будет светиться в ИК - и излучение от сосуда получать в нем же (особенно если температура, при которой это все будет происходить, "комнатная").

0

Т.е. проблема в том, что зеркальный объект получает ИК и не отражает его, а поглощает.

0