Номер 2, страница 147, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 37. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 2, страница 147.

Условие.

• Как отвести тепло с космической орбитальной станции.

Решение.

Отведение избыточного тепла с космической орбитальной станции — это критически важная и сложная инженерная задача. В условиях космического вакуума не работают привычные для земных условий механизмы теплопередачи, такие как конвекция и теплопроводность, из-за отсутствия среды для переноса тепла. Поэтому для охлаждения станции используется единственный доступный способ — тепловое излучение.

Источниками тепла на станции являются:

1. Солнечное излучение, нагревающее обшивку станции.
2. Работа электронного оборудования и научных приборов.
3. Жизнедеятельность экипажа (тепло, выделяемое телами космонавтов).

Для борьбы с перегревом используется комплексная система, состоящая из пассивных и активных элементов.

Пассивная система терморегулирования

Эта система предназначена для минимизации притока тепла извне и его неконтролируемых потерь. Она включает в себя:
- Многослойную экранно-вакуумную изоляцию (ЭВИ): Специальное многослойное «одеяло», которое покрывает большую часть корпуса станции. Оно работает как термос, защищая от резких перепадов температур при входе в тень Земли и выходе из нее.
- Специальные покрытия: Поверхности станции окрашены в цвета с определенными оптическими свойствами. Например, белый цвет хорошо отражает солнечное излучение, предотвращая сильный нагрев.

Активная система терморегулирования (АСТР)

Это основная система, отвечающая за сбор и сброс излишков тепла, генерируемого внутри станции. На примере Международной космической станции (МКС) она работает следующим образом:

1. Сбор тепла (внутренний контур): Внутри модулей станции проложена сеть трубопроводов, по которым циркулирует жидкий теплоноситель (обычно вода). Вода проходит через специальные теплообменные панели (холодные плиты), к которым крепится тепловыделяющее оборудование. Вода забирает тепло и нагревается.

2. Перенос тепла (внешний контур): Нагретая вода из внутреннего контура поступает в теплообменник, где передает тепло второму, внешнему контуру. Во внешнем контуре циркулирует аммиак. Аммиак выбран потому, что он имеет очень низкую температуру замерзания (около -77 °C), что позволяет системе функционировать, даже когда радиаторы находятся в тени Земли и сильно остывают.

3. Сброс тепла (излучение): Нагретый жидкий аммиак по трубопроводам направляется к большим внешним радиаторам. Это большие белые панели, которые хорошо видны на фотографиях МКС. Площадь этих радиаторов очень велика, чтобы максимизировать излучение тепла в космос. Эффективность излучения описывается законом Стефана-Больцмана: $P = \epsilon \sigma A T^4$, где $\text{P}$ – мощность излучения, $\text{A}$ – площадь поверхности, а $\text{T}$ – её температура. Охлажденный в радиаторах аммиак возвращается к теплообменнику, чтобы забрать новую порцию тепла, замыкая цикл.

Таким образом, система терморегулирования космической станции — это сложный комплекс, который собирает тепло внутри станции с помощью жидкостного контура и сбрасывает его в космос через излучение с поверхности больших радиаторов.

Ответ: Тепло с космической орбитальной станции отводится путем излучения в космическое пространство. Для этого используется активная система терморегулирования: внутренний водяной контур собирает тепло от аппаратуры и экипажа, передает его через теплообменник внешнему аммиачному контуру, который доставляет тепло к большим внешним радиаторам, излучающим его в космос. Эту систему дополняют пассивные методы: специальная теплоизоляция и покрытия корпуса.