Si tengo dos recipientes llenos de agua muy caliente (~210 °F), uno en el espacio exterior y otro en la Tierra, ¿cuál tiene una tasa de enfriamiento más alta inicialmente? Imagina que los contenedores son contenedores metálicos de una sola pared que son capaces de soportar cualquier presión.
Intuitivamente, asumiría que el que está en el espacio se enfriaría más rápido porque la temperatura promedio del espacio es de 3°K. Sin embargo, un matraz de vacío es un aislante extremadamente bueno ya que la única forma en que se puede transferir el calor es a través de la radiación. El espacio es un vacío aún más extremo que cualquier matraz, ¿significaría eso que "aísla" aún mejor?
Si se permite que alcance el equilibrio térmico, el contenedor espacial ciertamente perdería más energía en general, pero ¿la tasa se ve afectada por la diferencia de temperatura a la Ley de enfriamiento de Newton o pierde energía a la misma tasa sin importar qué?
El contenedor en la Tierra se enfriará por corrientes de convección, es decir, transfiere calor al aire que lo rodea, y también por radiación de cuerpo negro. Por el contrario, el contenedor en el espacio solo puede enfriarse mediante la radiación del cuerpo negro y, obviamente, se enfriará más lentamente. Puede calcular el enfriamiento en el espacio utilizando la ley de Stefan-Boltzmann, suponiendo que conoce la emisividad (si pinta el contenedor de negro, la emisividad estará cerca de la unidad). Calcular el enfriamiento en el aire es más difícil; típicamente usaría la ley de Newton con constantes derivadas empíricamente.
La temperatura final en el aire es obviamente solo la temperatura del aire alrededor de su contenedor. La temperatura final en el espacio depende de dónde se encuentre su contenedor. Así como el contenedor puede perder calor emitiendo radiación, puede ganar calor absorbiendo radiación, y el espacio está lleno de radiación. Por ejemplo, la Luna es solo un trozo de roca inerte con poca o ninguna generación interna de calor; sin embargo, al absorber la luz solar, la temperatura diurna puede subir a más de 100 ºC.. Sin embargo, por la noche, cuando no hay luz solar, la temperatura puede descender hasta los -150ºC. Entonces, la temperatura final de su contenedor sería diferente durante la noche y el día lunar, aunque en ambos casos está en el vacío. Si llevara su contenedor al espacio intergaláctico, lejos de cualquier fuente de radiación, entonces se enfriaría hasta los 2,7 K del fondo cósmico de microondas.
Diría que el contenedor en el aire se enfriará más rápido inicialmente: la convección (y la conductividad térmica) se enfriará de manera más eficiente a esta temperatura que la radiación.
¡Hay 3 métodos de transferencia de energía térmica! [radiación, convección y conducción] Dado que la energía siempre obedece la ley de la entropía y siempre se mueve hacia niveles más bajos. Deja las cosas calientes en paz. Como el espacio es un aislante ideal, el único medio de enfriamiento es la radiación. En la tierra, la atmósfera sirve para absorber la energía térmica de la lata y de la tierra misma. Las moléculas de aire en contacto con la lata conducen el calor de la lata. El aire caliente alrededor de la lata, ahora con una densidad más baja que el aire que la rodea, comienza a desplazarse gravitacionalmente a medida que se establece la convección para agregarse al enfriamiento radiativo y conductivo ya e independientemente. en progreso. La mezcla de gases de la atmósfera es significativa con los tres estados del agua trabajando a escala global. Sin reglas especiales, 3 métodos
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