Question

Почему в космосе холодно, если вакуум не передает тепло?

Answer 1

Вакуум "передаёт" тепло.

Кроме контактной пердачи теппа посредстваом воздуха, есть ещё и предача тепла посредством излучения.

Answer 2

В космосе холодно там, где объекты находятся далеко от звезды, а также в местах стабильной тени объектов от звезды. Температуру в вакууме можно определить по отношению к предметам, которые находятся в вакууме. В воздухе тепло предаётся по теплопроводности среды и по конвекции. А в вакууме тепло предаётся по электромагнитному излучению и по потокам элементарных частиц, что характерно и для воздуха. По умолчанию самая холодная температура равна примерно 3 Кельвина, это от реликтового излучения. Есть холодные области в космосе вдали от звёзд, в тени больших объектов, а также некоторые горячие области межзвёздного газа и горячие области вблизи звёзд и чёрных дыр. Если поверхность освещённой части луны нагрета до 140 градусов Цельсия, то возле Земли в освещённой солнцем зоне в космосе не холодно.

Answer 3

В вакууме нет конвективных потоков, нет переноса вещества (условно нет), но остается еще один канал обмена тепловой энергией - "лучистый перенос". То есть, излучением.

Как известно, все тела имеют излучение соответственно своей температуре. Если тело в вакууме имеет температуру ниже, чем окружающие предметы, оно будет нагреваться; а если выше - охлаждаться, передавая окружающим телам энергию в виде теплового излучения; и так до тех пор, пока вся система не перейдет в состояние динамического равновесия.

Кстати, есть такие приборы, пирометры, которые измеряют уровень теплового излучения от предметов. Такой прибор не нужно "прислонять", чтобы измерить температуру - достаточно направить на предмет. Таким прибором можно измерить усредненную температуру облака и даже всего неба.

Средняя температура в космосе с утра была 2,7 Кельвина. Это "средняя температура", измеренная по тепловому излучению. Понятно, что если направить пирометр прямо на звезду, будет намного теплее.

Кстати, если вы смотрите запуски космических ракет Илона Маска, то на этапе работы второй ступени (или основного космического корабля), камера показывает сопло основного двигателя. Для разработчиков очень важно это видеть. Но и нам это тоже полезно - мы видим, как раскаляется сопло ... но до определенной температуры. А почему не до температуры вылетающих газов, несколько тысяч градусов? А потому, что сопло излучает тепловую энергию "в космос" (в никуда) и таким образом в конце концов устанавливается термодинамическое равновесие - сколько тепла передали раскаленные газы соплу, столько же тепла сопло излучило в космос, слегка подняв "общую космическую температуру". Ну а разработчики видят в этом процессе все нюансы работы конструкции сопла, и если какой участок сопла будет светиться ярче, значит в этом месте надо переделать конструкцию, чтобы снизить температуру этого участка.

Еще один хороший пример, это радиолампа. Внутри у неё, в вакууме, конструкция очень миниатюрная и нет массивных радиаторов. Но при работе она сильно нагревается. Почему? А потому, что тепло, от горячих элементов конструкции, передается стеклу лампы посредством теплового излучения.

Answer 4

Что вакуум "не передаёт тепло" - это популярное заблуждение. Если вакуум не передаёт тепло - почему на Земле не абсолютный ноль?

Вакуум прекрасно передаёт тепло, потому что через вакуум свободно распространяется излучение. Да, там нет конвекции и нет теплопередачи тем же механизмом, что и в плотной среде (теплопроводность), но этими двумя способы передачи тепла не исчерпываются, поэтому передача тепла через вакуум излучением в нём прекрасно работает.

Это тоже неверно. Температура есть параметр, определяющий термодинамическое равновесие системы, в частности, тепловое равновесие (т. е. отсутствие перетока энергии) между телом и окружающей средой. Если такой переток отсутствует, то тело по определению считается находящимся в тепловом равновесии с окружающей средой и их температура по определению считается одинаковой.

А значит, у вакуума тоже есть температура. Температурой вакуума, опять же по определению, будет температура тела, находящегося в термодинамическом равновесии с излучением, которое существует в данной области вакуума. Это не должно смущать - температура воздуха тоже разная в разных точках, вакуум в этом смысле ничем не хуже и не лучше воздуха. Он тоже где-то горячий, где-то холодный. "На бесконечности", то есть достаточно далеко от звёзд (источников излучения), его температура равна температуре реликтового излучения - 2,725 К. Вблизи звёзд чем ближе к звезде - тем теплее вакуум. На орбите Земли температура вакуума примерно равна +160 град. С, и я б не сказал, что это "холодно". Для этой области вакуума прекрасным градусником может служить поверхность Луны, освещённая Солнцем. Ибо она как раз и находится в тепловом равновесии с окружающей средой.

Answer 5

Тепло или холод ощущается через контакт с веществом - воздухом или предметом.

Вещество всегда имеет какую-то температуру.

А в вакууме вещества практически нет - поэтому и температуры нет.

Вообще никакой - абсолютный ноль.

И какой-либо нагрев возможен только от лучистого тепла, если есть прямая видимость близкого светила.

Тогда освещаемая поверхность нагревается.

В тени солнца нет - и нагрева нет.

Answer 6

Температура - понятие , более подходящее для характеристики макроскопических тел и объектов с малой длиной свободного пробега частиц , его составляющих . В вакууме такого нет и проще оперировать энергией частицы или излучения , тогда многие "странные" эффекты легко объяснимы c позиции классической физики .