如果真空不传递热量并且人不应该冻结,为什么太空中会很冷?

本质珺 2023-06-03 23:18:12

太空的真空是一个极端恶劣的环境,如果没有特殊的装备,人无法在其中生存。人们常常错误地认为,由于真空不传导热量,人在太空中不会冻结。然而,这种观点是错误的,下面是原因。

的确,真空的热导率为零,但重要的是要记住,真空可以传递辐射。当人的热量损失超过从环境中接收到的热量时,人就会冻结。太空中充满了约2.7K的宇宙微波背景辐射,它提供了极少的热量来补偿人体的热量损失。

让我们计算一个普通人在太空真空中没有宇航服的情况下冻结所需的时间。人的参数为:质量m = 70公斤,身体表面积S = 1.9平方米。根据斯特藩-玻尔兹曼定律,处于热力学平衡状态的任何温度为T(以开尔文为单位)的物体会发射热辐射,其辐射功率为Q = εσT⁴,其中σ = 5.67×10⁻⁸瓦特/(平方米·开尔文⁴),ε是发射率(如果人穿着完好的宇航服,则ε = 0,如果人是绝对的"黑体",则ε = 1)。我们取ε = 0.9(人赤裸着)。

我们计算一个人在起始温度T₀ = 36.6°C(或309.75K)下,变成温度为T₁ = 0°C(或273.15K)的冰块所需的时间,假设人体80%由水组成。根据ΔQ₀ = cm(T₀ - T₁)的热能变化进行估算,并加上(Lm)的能量,以考虑完全冰冻的情况。人体从T₀降至T₁的冷却时间可以估计为t = ΔQ₀/<Q>,其中<Q> = S⋅[Q(T₀)+ Q(T₁)]/2。

考虑到所有这些参数,我们得出以下结果:在20分钟内,人体温度会下降到32°C,导致失去意识;3小时后,人体温度将达到0°C;10小时后,人将变成温度为0°C的冰块。

因此,太空真空不适合裸体漫步。宇航服可以反射身体的热辐射,将其返回给人体,从而维持舒适的温度。

值得注意的是,我们没有考虑与人体皮肤在真空中相关的医学问题,以及皮肤上的水分大量蒸发,这也是身体降温的额外和重要来源。

当然,可以提出异议,即在我们的计算中,我们只考虑了热量损失,但人体本身也是一个热机。我们也要考虑这一点。一个普通人每天消耗约2.5千卡热量,相当于120瓦的功率。根据斯特藩-玻尔兹曼定律,温度为T₀ = 36.6°C的裸体人体会发射约S⋅Q = 900瓦的热辐射。如果你在家里,裸体躺在沙发上,室温为T = 25°C,你的身体将从周围环境中获得约S⋅Q* = 850瓦的热量。剩余的约S(Q − Q*) = 50瓦,可以轻松弥补你的机体所需的120瓦功率。但在太空中,周围环境的温度是宇宙微波背景辐射的温度(-270.4°C),没有办法弥补体表面(900瓦)的热量损失。因此,作为一个热机(120瓦),你的机体无法应对热量损失,你将在20分钟内失去意识。

因此,在太空中不能赤身裸体行走。尽管真空不传导热量,但身体的热辐射可能不足以维持体温。这表明太空中的物理过程是多么复杂,以及为什么需要特殊的装备和技术来安全且成功地探索宇宙。

请给我们点赞并订阅我们的频道,以便在您的订阅中看到更多关于太空和科学的文章!

0 阅读:91
评论列表
  • 2023-07-25 21:27

    热量温度是光子辐射photon energy and photon behavior discussions

  • 2023-07-16 22:49

    感谢分享[鼓掌]

本质珺

简介:每天一个小科普,带你涨行市