Номер 5, страница 25 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

5. Скафандры, надеваемые космонавтами, обычно окрашены в белый цвет. В то же время некоторые поверхности космического корабля чёрные. Чем объясняется выбор цвета?

Выбор цвета для наружных поверхностей в космосе — это ключевой элемент системы пассивной терморегуляции. В условиях вакуума теплообмен с окружающей средой происходит в основном за счёт излучения. Разные цвета по-разному взаимодействуют с электромагнитным излучением (включая видимый свет и тепловое излучение).

• Белые и светлые поверхности обладают высоким коэффициентом отражения. Они отражают большую часть падающего на них солнечного излучения и, следовательно, слабо нагреваются. В то же время они имеют низкую излучательную способность, то есть плохо отдают собственное тепло в окружающее пространство.

• Чёрные и тёмные поверхности, наоборот, имеют высокий коэффициент поглощения. Они поглощают почти всё падающее на них излучение и сильно нагреваются. Одновременно они обладают высокой излучательной способностью, то есть эффективно отдают накопленное тепло в виде теплового излучения.

Исходя из этих принципов, объясняется выбор цвета для скафандров и частей корабля.

Почему скафандры белые?

Основная задача скафандра при выходе в открытый космос — защитить космонавта от перегрева под воздействием прямых солнечных лучей. В космосе нет атмосферы, которая могла бы рассеять или поглотить часть солнечной энергии, поэтому излучение очень интенсивно. Белый цвет скафандра отражает большую часть солнечного света, предотвращая поглощение огромного количества тепла и защищая космонавта от перегрева. Хотя белая поверхность также плохо излучает избыточное тепло, выделяемое самим космонавтом, эта проблема решается активной системой охлаждения внутри скафандра. Кроме того, белый скафандр хорошо заметен на фоне тёмного космоса, что повышает безопасность космонавта.

Почему некоторые поверхности корабля чёрные?

В процессе работы бортовых систем и приборов космического корабля выделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить, чтобы избежать перегрева оборудования. Для этой цели используются специальные панели-радиаторы. Чтобы максимально эффективно избавиться от тепла, их нужно сделать хорошими излучателями. Чёрные поверхности лучше всего справляются с этой задачей, так как они имеют максимальную излучательную способность (коэффициент черноты $\epsilon$ близок к 1). Согласно закону Стефана-Больцмана, мощность излучения $P$ прямо пропорциональна этому коэффициенту: $P = \epsilon \sigma A T^4$. Такие чёрные радиаторы обычно располагают на теневой стороне корабля или ориентируют таким образом, чтобы на них не попадало прямое солнечное излучение, иначе они бы поглощали тепло вместо того, чтобы его отводить.

Ответ: Выбор цвета определяется задачей терморегуляции. Скафандры делают белыми, чтобы они отражали максимальное количество солнечного излучения и защищали космонавта от перегрева. Некоторые поверхности космического корабля (радиаторы) делают чёрными, чтобы они могли максимально эффективно излучать в космос избыточное тепло, вырабатываемое бортовыми системами.