Portal Diskussion:Physik/Archiv/2008/Februar

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Newtonsche Axiome

Vielleicht möchte hier jemand mal vorbeischauen, ein Benutzer:Ulrich Walter hat ein paar Anliegen, die teilweise nur von altbekannten Trollen beantwortet werden... --Taxman^¿Disk?_¡Rate! 08:22, 6. Feb. 2008 (CET)

Zwei Anliegen

Ich habe zur Zeit wenig Zeit und Lust, mag jemand mal zwei Sachen nachsehen:

• Liste der Lesch-Videos in Schwarzes Loch, siehe Diskussion:Schwarzes Loch
• Endlosdiskussion auf Diskussion:Zwillingsparadoxon trotz Archivierung und Ansprache. Ignore, abort, retry?

--Pjacobi 21:49, 12. Feb. 2008 (CET)

Mission to Mars

In dem Artikel steht:

In Wahrheit kochen Flüssigkeiten, wenn sie einem Vakuum ausgesetzt werden.

Ist das tatsächlich so, und wenn ja wieso? --Abe Lincoln 11:21, 14. Feb. 2008 (CET)

Siehe Tripelpunkt: Bei sehr niedrigem Druck wird jeder Stoff gasförmig. Man stirbt meines Wissens durch Ersticken, weil einerseits die Wärme nicht abgeleitet wird und andererseits der Blutkreislauf geschlossen ist, so dass das Blut keinem Unterdruck ausgesetzt ist und also nicht verdampft. Wenn man allerdings die Lunge voll Luft hat, wird der Druckabfall vermutlich dazu führen, dass man "die Lunge rauswürgt", wobei die Kapillargefäße platzen dürften und dann auch ein bisschen Blut verdampft. Trotzdem sollte die Todesursache weiterhin Ersticken sein. (Das sind Überlegungen die ich mir vor einiger Zeit mal mit ein paar Kommilitonen gemacht habe. Ich kann keine Gewähr für Richtigkeit geben.) -- Ben-Oni 11:32, 14. Feb. 2008 (CET)

Na ja käme auf einen Selbstversuch drauf an, was? Im Hinblick auf den gesamten Anstrich („Im Film frieren Objekte und Menschen sofort ein, wenn sie dem Vakuum des Alls ausgesetzt sind. Im Vakuum existiert jedoch kein Trägerstoff, der die Wärme eines Körpers ableiten könnte. In Wahrheit kochen Flüssigkeiten, wenn sie einem Vakuum ausgesetzt werden.“) halte ich aber die Formulierung für irreführend, da es nach einem plötzlichen Temperaturanstieg klingt, der ja wohl genau so unplausibel ist wie ein plötzlicher Temperaturabfall. --Abe Lincoln 11:45, 14. Feb. 2008 (CET)

(BK) Flüssigkeiten sieden, wenn ihr Dampfdruck gleich stark oder stärker als der Umgebungsdruck ist. Der Druck, der in kleinen Dampfbläschen herrscht, reicht dann aus, um die Blase stabil zu halten oder gar aufzublähen und die Flüssigkeit "brodelt". Andernfalls (Dampfdruck zu klein) würden spontan entstehende Bläschen sofort wieder kollabieren, weil der Druck von außen auf die Blase größer ist als der Druck von innen.

Der Dampfdruck von Wasser erreicht bei 100°C 1013 Hektopascal, bei einem Umgebungsluftdruck von 1013 hPa (durchschnittlicher Luftdruck auf Meereshöhe) siedet Wasser daher bei 100°C. Bei niedrigerem Luftdruck siedet es schon bei geringerer Temperatur usw. Wasser mit Raumtemperatur, das dem Vakuum ausgesetzt ist, wird also blasenbildend verdampfen.

Der Artikel hat trotzdem Unrecht, wenn er behauptet, ein Gegenstand würde nicht wie im Film gezeigt einfrieren, da Wasser im Vakuum ja koche. Beides ist der Fall, da das Wasser ja nicht aufgrund einer Temperaturerhöhung siedet (Blasen wirft), sondern aufgrund des fehlenden Umgebungsdrucks. Es ist auch falsch, dass ein Einfrieren nicht möglich sei, weil ein Trägerstoff zur Ableitung der Wärme fehle. Erstens geben die Körper erhebliche Mengen an Wärmestrahlung ab, zweitens werden siedendem Wasser große Mengen an Latentwärme entzogen, die mit dem Dampf abgeführt werden. Das Einfrieren dauert freilich seine Zeit und ist nicht innerhalb weniger Sekunden erledigt (wie es der Film AFAIR darstellt).

Falsch ist im Artikel auch die Behauptung, dass es keine Wasserdampfwolken am Marshimmel geben könne. Es gibt sie durchaus. Tschau, -- Sch 11:50, 14. Feb. 2008 (CET)

Besten Dank, habe es verstanden (einigermaßen). Mein Vorschlag (knapp und hoffentlich trotzdem richtig):

• Im Film frieren Objekte und Menschen sofort ein, wenn sie dem Vakuum des Alls ausgesetzt sind. Tatsächlich findet der Temperaturabfall nur langsam statt, da er nicht über Wärmeleitung, sondern nur zum Beispiel Wärmestrahlung erfolgt. Außerdem fangen Flüssigkeiten wie zum Beispiel Wasser aufgrund des Unterdrucks an zu sieden.

--Abe Lincoln 13:08, 14. Feb. 2008 (CET)

Mein Senf dazu: Der Temperaturabfall sollte tatsächlich eher langsam vor sich gehen, also nicht schlagartig. Und das Wasser im Körper wird nicht sieden, weil das System geschlossen ist und der Druck erstmal aufrechterhalten wird. Also wird man wohl langsam ersticken, womöglich noch unschöner. --PeterFrankfurt 23:23, 14. Feb. 2008 (CET)

"there have been three accidents in which astronauts have been directly exposed to vacuum. In 1965, during a test of a spacesuit, the spacesuit tore open and exposed the occupant to vacuum for 20 seconds. He passed out after 14 seconds, and reported that he felt nothing at all during the exposure except for saliva boiling on his tongue." [1] -- Sch 23:30, 14. Feb. 2008 (CET)

nicht über Wärmeleitung, sondern nur zum Beispiel Wärmestrahlung - das nur gefällt mir nicht recht; sofern es andeutet, dass Wärmestrahlung der einzige wesentliche Mechanismus zur Wärmeabgabe im Vakuum ist, wäre es schon richtig. Sofern es andeutet, dass die Wärmestrahlung im Vakuum kein sehr effizienter Mechanismus zur Wärmeabgabe ist, wäre es je nach den näheren Umständen wahrscheinlich nicht richtig.

Zur besseren Vorstellung ein Beispiel. Du stehst unbekleidet im Wohnzimmer; wie sieht deine Wärmebilanz aus? Deine Oberflächentemperatur beträgt ca. 34 °C, nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz strahlst du daher etwa 500 Watt pro Quadratmeter Oberfläche aus, bei 1.8 m² Oberfläche also insgesamt 900 W. Bei einer Raumlufttemperatur von 22 °C und einem konvektiven Wärmeübergangskoffizienten von sagen wir mal 4 W/m²K verlierst du etwa 90 W konvektiv an die Luft. Dazu kommen vielleicht 30 W durch Verdunstung. Andererseits bekommst du von den warmen Zimmerwänden (22°C) etwa 770 W an Wärmestrahlung zugesandt. Deine Wärmebilanz beträgt also überschlägig +770 - 900 - 90 - 30 W = -250 W. Bei leicht fordernder stehender Tätigkeit erzeugt dein Stoffwechsel gute 200 W, deine Wärmebilanz ist also in etwa ausgeglichen. In diesem Beispiel verlierst du 900 - 770 = 130 W über Wärmestrahlung und 90 + 30 = 120 W über Konvektion und Verdunstung, also über Strahlung bzw. Luft ähnlich viel.

Jetzt stell dir vor, du bist im Weltraum. Konvektiven Wärmeverlust gibt es jetzt nicht mehr, Verdunstung schon noch. Die wird etwas stärker sein als vorher, sagen wir mal (rein geraten) um die 50 W. Bis hierher hast du also einen geringeren Wärmeverlust als im Wohnzimmer. Es fehlen dir aber auch die warmen Zimmerwände als Strahlungspartner und du powerst die vollen 900 W Wärmestrahlung ins Nichts, ohne etwas zurückzubekommen. Falls du weit genug von der Sonne entfernt bist, sind Wärmegewinne durch Solarstrahlung vernachlässigbar. Du bist ein bisschen aufgeregt und erzeugst sagen wir mal 250 W Stoffwechselwärme. Deine Wärmebilanz ist dann 250 - 50 - 900 = -700 W. Deine Wärmeverluste sind also deutlich größer als im Wohnzimmer. (Mit gut isolierendem aber halt nicht ganz dichtem Raumanzug sähe es schon wieder anders aus.)

Deine 100 kg Wasser und Proteine kühlen um 1 Grad ab, wenn sie 420 kJ an Wärme verloren haben, bei 700 W Verlust dauert das zehn Minuten. Bis zum Tod durch Unterkühlung dauert es also ein paar Stunden und bis zum Einfrieren nochmal deutlich länger.

Vorschlag: "Im Film friert ein Astronaut sofort ein, nachdem er dem Vakuum des Alls ausgesetzt wurde. Trotz der starken Abkühlung durch Wärmeabstrahlung würde das Einfrieren wegen der erheblichen Wärmekapazität des menschlichen Körpers jedoch wesentlich länger dauern." Wasser muss nicht erwähnt werden, da diesbezüglich ja kein Fehler des Films bemäkelt wird. Tschau, -- Sch 01:00, 15. Feb. 2008 (CET)

Ist denn Wärmestrahlung nun der einzige signifikante Weg zur Wärmeabgabe? Wärmeleitung entfällt, käme noch Wärmeströmung in Frage, in dem Sinne, dass die Wärmeenergie auf Gase übertragen wird, die ins All entschwinden, aber so wie ich das verstanden habe, ist dies nicht der Fall, oder?

Ja, praktisch nur Wärmestrahlung. Abströmung von Wärme über die umgebende Luft entfällt mangels Luft, lediglich die Hautfeuchtigkeit verdunstet und der entstehende Wasserdampf führt ein wenig Wärme ab, das ist aber nicht viel. Der Wärmeverlust über Strahlung ist aber im Weltraum wesentlich größer als auf der Erde. Auf der Erde sitzt du in einer Umgebung, welche dir Wärme mit ähnlicher Intensität zurückstrahlt und deine Wärmeabstrahlung größtenteils kompensiert. Im Weltall fehlt diese Einstrahlung (der Weltraum strahlt mit einer Temperatur von etwa 2.7 K = -270.5 °C), und deine Wärme strahlt ungehindert ab. Es gibt also im wesentlichen nur noch einen Weg zur Wärmeabgabe, der aber arbeitet dafür wesentlich stärker als auf der Erde. -- Sch 11:48, 22. Feb. 2008 (CET)

Falls es nur Wärmestrahlung gibt, müsste man also dem Missverständnis entgegentreten, dass eine Wärmeleitung an eine 0-Kelvin-Umgebung erfolgt (diese Annahme liegt wohl dem Schockfrieren zugrunde). Deswegen wäre ich für "Die Wärmeabgabe geschieht ausschließlich durch Wärmestrahlung und dauert deshalb wesentlich länger." Bei der Formulierung mit der "erheblichen Wärmekapazität" ist aus meiner Sicht nicht klar, womit die Wärmekapazität hier verglichen wird. --Abe Lincoln 14:52, 15. Feb. 2008 (CET)

So wäre das missverständlich. Es ist einigermaßen richtig, wenn man es mit der Situation vergleicht, in der es auch einen Wärmeverlust über Wärmeabströmung (gegenüber 0 K) gibt. Es ist aber falsch, wenn man es mit der Situation auf der Erde vergleicht; im Vergleich dazu ist der Wärmeverlust im Weltraum stärker und das Einfrieren geschieht schneller. Wir wissen nicht, welche Vorstellung der Leser im Kopf hat. Der springende Punkt ist: um einen Astronauten einzufrieren, muss eine erhebliche Wärmemenge abgeführt werden. Und das dauert auf alle Fälle ziemlich lange, ganz egal, welches Szenario wir betrachten (nur Wärmeabstrahlung, oder Wärmeabstrahlung und Wärmeabströmung etc). Es würde jedenfalls viele Stunden dauern, bis der Astronaut völlig durchvereist wäre. Oberflächliche Vereisungen könnten deutlich schneller auftreten, und ich kann jetzt schlecht abschätzen, wie schnell; aber keinesfalls innerhalb einiger Sekunden.

Der zentrale Gesichtspunkt ist also wirklich die Wärmekapazität, oder wenn dir das zu fachblabla ist: der Wärmeinhalt des Astronauten. Und dieser Wärmeinhalt muss mit nichts verglichen werden. Er ist einfach da und muss zum Einfrieren abgeführt werden, und das dauert. Tschau, -- Sch 11:48, 22. Feb. 2008 (CET)

Mir fällt gerade wieder ein, dass das letztens auch irgendwo im Fernsehen behandelt wurde (anlässlich des letzten ISS-Ausstiegs). Dort hat man auch noch auf das Gegenteil hingewiesen, dass man nämlich ohne Schutzanzug auf der der Sonne zugewandten Seite (wenn man nicht gerade im Erdschatten ist) erstens durch Strahlungshitze gegrillt würde und zweitens per Sonnenwind-Strahlenbombardement verstrahlt würde. Das geht aber alles vielleicht auch nicht gleich in Sekundenbruchteilen, sondern braucht vielleicht eher Minuten, so dass im Endeffekt doch das Ersticken zuerst kommen würde. --PeterFrankfurt 22:47, 15. Feb. 2008 (CET)

Ja, die Sonne heizt dich auf; und wenn du nicht rotierst, bist du nach einiger Zeit auf der einen Seite gebraten und auf der anderen tiefgefroren. Die Sonne ist in der obigen Diskussion gar nicht berücksichtigt, weil es um die prinzipielle Frage "Wärmeverlust in den Weltraum" geht. In einem konkreten Fall wäre gegebenenfalls die Sonne oder auch ein Planet als Wärmequelle zu berücksichtigen. Mehr zu den Gefahren im Weltraum gibt's auf der englischen WP: en:Human_adaptation_to_space#Effects_on_humans und en:Space_exposure.

Kategorie

Tag, ich finde es hat sich inzwischen eine (fast schon nicht mehr peinliche) Menge von Artikeln zur Quantenfeldtheorie angesammelt, so dass ich für die Einführung der Kategorie:Quantenfeldtheorie als Unterkategorie der Kategorie:Quantenphysik plädieren möchte. Sind da irgendwelche Formalien zu beachten oder wird die Kategorie automatisch erzeugt, wenn ich anfange, Artikel reinzusetzen? -- Ben-Oni 15:34, 27. Feb. 2008 (CET)

Da es keine Reaktion gibt, versuche ich jetzt mal auf gut Glück das zu machen. -- Ben-Oni 10:24, 29. Feb. 2008 (CET)

Bei ein paar Einsortierungen tu ich mir mit dem Nachvollziehen etwas schwer.

• Boson, Spinor, Hilbertraum, Zustand (Quantenmechanik), Observable halte ich nicht für etwas QFT spezifisches, sondern eher für allgemeine QT,
• ob LQG überhaupt eine QFT ist weiss ich nicht, aber quantisierter Raum, der durch Spin-Netzwerke beschrieben wird, klingt irgendwie nicht danach,
• Quantengravitation als QFT zu bezeichnen empfinde ich als etwas glaskugelig, auch wenn viele (die meisten? alle?) Ansätze natürlich in die Richtung gehen,
• Gell-Mann-Matrizen finden natürlich in der QCD Verwendung, aber mich haben sie unter QFT überrascht,
• Störungstheorie ist sicher auch nicht QFT spezifisch.

Wie denkst du dir denn vor, dass die Einordnungskriterien aussehen sollen? Alles was irgendwie mit QFT zu tun hat rein? Nur QFT-spezifische Dinge rein, den Rest in Oberkatogorien (QT)? Evtl. sollte das in der Kategoriebeschreibung kurz erwähnt werden. Selbst wenn die Frage schon durch die WP-Konventionen zu Kategorien gedeckt sein sollte, könnte es dort für Leute wie mich, die sich nicht alle WP-Regeln, -Konventionen, ... durgelesen haben, erwähnen. --timo 20:07, 1. Mär. 2008 (CET)

Meine Überlegungen waren:

• Boson, Spinor, Hilbertraum, Zustand (Quantenmechanik), Observable, Störungstheorie: Haben nur mit QFT ab QM was zu tun, in den alten QTs gabs sowas nicht, daher fand ich es im allgemeinen Quantenphysik-Topf unangebracht. (In den meisten steht auch die Kat QM drin.)
• LQG, Quantengravitation, Stringtheorie sind in den Kategorien QFT und ART, weil sie die zusammenbringen wollen. Da wäre besser eine Kat "Quantengravitation" die von QFT und ART erbt oder so, aber ich denke, die wäre dann etwas "dünn besetzt".
• Gell-Mann-Matrizen Impulsentscheidung.

Von dem Versuch, Ordnung in die Kategorisierung allgemein zu bringen, würde ich dir abraten, daran habe ich mir schon die Finger verbrannt. Aber von mir her hast du freie Bahn zum Umkategorisieren. -- Ben-Oni 00:30, 2. Mär. 2008 (CET)

Die Ordnung wäre schon wichtig. Ist die QM eine echte Teilmenge der QP? (aus Physikersicht) Und wie verhält sich dazu die Quantenchemie?--cwbm 01:07, 4. Mär. 2008 (CET)

@cwmb: Ich bin mir nichtmal sicher, ob die Begriffe QM/QT/QP alle scharf definiert und voneinander abgegrenzt sind. Quantenchemie ist ein Teilgebiet der Chemie, also der Physik der Atomhülle :P.

@Ben-Oni: Bei Boson, Spinor, ... lag dann wohl mein Missverständnis daran, dass ich QM als "das Alte" (Wellenfunktionen) und QT als "das neuere/allgemeinere" (Zustände, gerne auch relativ abstrakt wie in der Quanteninfo) empfinde - aber auch ohne mir da jemals echte Gedanken dazu gemacht zu haben. Da ich alte QTs gar nicht kenne, glaub ich mal, dass das so wie es momentan einsortiert ist Sinn macht. Kat QG will ich auch nicht. Bei LQG \subset QFTs habe ich noch ein paar Bedenken. Die Frage wird sich aber wahrscheinlich ohne jemanden, der Ahnung von LQG hat, nicht sinnvoll klären lassen. --timo 03:40, 4. Mär. 2008 (CET)

• Die Verwendung der Begriffe ist bei jedem Autor anders. Manche Autoren behandelt QFT als Teil der QM, obwohl es z.T. (z.B. bei Anyonen) nicht mal ein Korrespondenzprinzip gibt. Manche Autoren verwenden QM/QP/QT synonym, meist dann als Überbegriff. Ich kann jetzt ad hoc keine Quelle angeben, die mit der Begriffssystematik so streng ist wie wir, aber ich finde es... nunja... leserfreundlich. Wenn das gewünscht ist, kann ich aber auch mal die Literatur durchforsten, wer da welche Nomenklatur verwendet. Ach ja: Alte Quantentheorien sagt, was damit gemeint ist, Mathematische Struktur der Quantenmechanik enthält ein bisschen was zu "moderner" Formulierung der QM.
• Naja, LQG \subset QFT stimmt auch nicht. Es gibt aber eine nicht-leere Schnittmenge bei den Prinzipien und Methoden. Vor allem hat die LQG das erklärte Ziel QFT und ART zu "vereinigen". Daher finde ich die beiden Kategorien da nicht unpassend.

-- Ben-Oni 17:36, 4. Mär. 2008 (CET)

Du brauchst nicht unbedingt Literatur zu durchforsten. Ich hatte mir vorgestellt, das in die kat QM die Begriffe kommen, die ein Chemiker während seines Studiums gelernt hat. Daher habe ich die kat auch als Unterkat von der PC kategorisiert. In die QP könnten dann die spezielleren Begriffe. Im Moment passt die Aufteilung denke ich, wobei in der Chemie nicht wirklich zwischen alter Quantentheorie und QM differenziert wird. --cwbm 20:37, 4. Mär. 2008 (CET)