Bir Bardak Su, Uzayda Kaynar mı, Yoksa Donar mı?

Bir Bardak Su, Uzayda Kaynar mı, Yoksa Donar mı?
Çağrı Mert Bakırcı Editör Çağrı Mert Bakırcı
7 dakika
13,829 Okunma Sayısı
Notlarım
Reklamı Kapat

İşte size üzerine düşünmek için güzel bir soru: Bir bardak su, uzayda kaynar mı, yoksa donar mı? Örneğin bardağın Güneş'e olan mesafesinin, Dünya ile Güneş arasındaki mesafeye (~150 milyon kilometre) eşit olduğunu varsayabilirsiniz.

Burada düşünmeniz gereken 3 faktör var: Bir yandan, uzay, suyun donma sıcaklığından çok daha soğuktur: Yaklaşık -270oC. Öte yandan, Güneş'ten gelen ışınlar en nihayetinde Dünya'yı ısıtmaya, hatta yer yer suyu kaynatacak düzeylere ulaşmaya yetmektedir. Son olarak, uzay neredeyse tamamen boştur ve bu nedenle basınç, inanılmaz düşüktür. Bir sıvının üzerindeki basınç ne kadar düşükse, kaynaması o kadar kolay olur. Bu durumda sormak gerekiyor: Bu faktörlerin hangisi baskın gelir? Hangi olay daha önce gerçekleşir? Bunları cevaplayabilmek için, şunu sormamız gerekiyor: Vakumda suyun kaynama noktası nedir?

Deneysel Cevap

Cevabı hemen verelim; çünkü uzay boşluğunda suya ne olacağını zaten deneysel olarak biliyoruz: Kaynayacaktır. Astronotlar uzaydaki idrarlarını uzay boşluğuna bıraktıklarında, idrar hızlıca kaynayarak buharlaşır. Bu buhar, birden kırağılaşarak (yani gaz fazından direkt katı faza geçerek) ufacık idrar kristallerine dönüşür. İdrar tamamen sudan oluşmaz; ama idrara da suya olan şeyin aynısının olmasını bekleyebiliriz.

Sıcaklıktaki ani düşüşler, su moleküllerinin kristalleşmesine neden olmaktadır. Örneğin kar tanelerinin oluşumunda gördüğümüz budur.

Reklamı Kapat

Sıcaklık ve Basıncın Dengesi

Bunu anlayabilmek için, birkaç kavramı anlayalım: Sıcaklık, moleküllerin hareketinin bir ölçüsüdür; dolayısıyla uzayda sıcaklığın olmadığını söyleyemeyiz. Ancak ve ancak etrafta hiç madde yoksa, yani kusursuz vakum ortamındaysanız, o ortamda sıcaklık da yoktur denebilir.

Uzay, kusursuz bir vakum değildir; ama buna çok yakındır. Şöyle düşünün: Dünya'da üzerinize binen basınç, her bir metre kareye 6x1022 adet hidrojen atomunun çarpması ile aynıdır. Yeryüzünde inşa ettiğimiz vakum odaları, bunu yaklaşık 1 trilyon kat azaltır. Uzayda ise bu, yeryüzündeki vakum odalarında erişebildiğimizden milyonlarca, hatta milyarlarca kat daha azdır.

Bir bardak suya aktarılacak ısı, bardağın güneş ışığıyla ya da başka bir şeyle temas halinde mi yoksa karanlıkta tek başına mı oluğuna bağlıdır. Temas veya akışkanlar yoluyla değil de, radyasyon yoluyla olan ısı transferi oldukça verimsizdir; ancak uzayda olan da budur. Bir cisim, ısı kaynağına ne kadar yakınsa, o kadar fazla ısı alır. Ne kadar uzaksa (veya gölgedeyse, dolayısıyla üzerine radyoaktif ışınım düşmüyorsa), o kadar soğuk olacaktır.

Uzayın derinliklerinde bir cismin sıcaklığı inanılmaz derecede soğuktur ve uzayınkiyle yaklaşık olarak aynıdır: -270°C ya da 3K. Öbür yandan parlatılmış alüminyumun Güneş ışığı altında sıcaklığı 454°C'ye ulaşabilir. Bu, çok büyük bir sıcaklık farkıdır! Dolayısıyla sıcaklığı taşıyabilecek bu kadar az parçacık varken, suyun uzayda donmasını bekleyebilirsiniz. Çünkü günlük yaşantımızdan aşina olduğumuz gibi, suyun bulunduğu ortamdaki sıcaklığı hızla düşürecek olursanız su, donacaktır.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Basıncın Etkisi

Ancak uzaydaki atom sayısından etkilenen tek şey sıcaklık değildir. Atom sayısı ne kadar az ise, basınç da o kadar az olacaktır. Dünyadaki suyu düşünün: Su, dağın zirvesindeyken, deniz seviyesine göre daha çabuk kaynar; çünkü üzerindeki basınç çok daha düşüktür. Bunun sebebi, üzerinizdeki atmosfer sütununun uzunluğunun çok daha az olması, dolayısıyla üzerinize binen çok daha az molekül olmasıdır. Hatta bazı dağların zirvesinde kaynar suyu hiç ağzınız yanmadan içebilirsiniz; çünkü bu yükseklikte kaynayan suyun sıcaklığı oldukça düşük olabilir.

Örneğin aşağıdaki tabloda ilk satırdaki basınç, deniz seviyesindekine eşittir. Sonraki satırlarda basınç giderek azalır, yani yerden yükseklere çıkarsınız. İlk iki sütunda, suyun kaynama sıcaklığını Fahrenheit ve Celsius cinsinden görebilirsiniz. Dikkat ederseniz, basınç düştükçe, suyun kaynama sıcaklığı da dikkate değer miktarda azalmaktadır. En nihayetinde, kusursuz vakuma ulaştığınızda su, neredeyse anında kaynayacaktır; çünkü sıcaklık en fazla -270°C'ye kadar düşebilecektir. Bu durumda, suyun etrafındaki basınç aşırı düşük olduğundan, uzayda kolayca kaynamasını bekleyebilirsiniz.

Farklı basınç değerlerinde suyun farklı sıcaklık birimlerinde suyun kaynama noktası
Farklı basınç değerlerinde suyun farklı sıcaklık birimlerinde suyun kaynama noktası
ToughtCo

Hava basıncının kaynamaya etkisini uzun süredir biliyoruz ve hatta yüksekliği ölçmede bunu kullanmaktayız. 1774'te William Roy, yüksekliği saptamak için barometrik basıncı kullandı. Ölçümleri bir metre kadar düşük bir hata payı çerçevesinde doğruydu. 19. yüzyılın ortalarında kaşifler, haritaları için yüksekliği ölçmek için suyun kaynama noktasını kullandılar.

Teorik Cevap

Bunu çabucak görmeyi zorlaştıran şey, bir kap suyun uzayda bulunduğu ortamın hem sıcaklığının hem de basıncının çok düşük olmasıdır. Ve aslına bakarsanız, sorunun soruluş biçimine göre cevap da biraz değişebilir. Çünkü uzayda açık bırakılan bir kap, önce hızla kaynayacaktır, sonra donacaktır.

Reklamı Kapat

Bunun teorik nedeni şudur: Suyun sıcaklığını aşırı hızlı bir şekilde değiştirmek çok zordur; çünkü suyun kendisi ile uzay boşluğu arasındaki sıcaklık farkı (sıcaklık gradyanı) devasa büyüklükte olsa da, suyun ısı tutma kapasitesi çok yüksektir. Dahası, suyun yüzey gerilimi dolayısıyla uzayda küresel bir formda kalmaya meyillidir, bu da yüzey alanını azaltarak, inanılmaz soğuk olan çevresiyle ısı alışverişini en aza indirir. Bu nedenle donma işlemi inanılmaz yavaş yaşanacaktır (bunu teorik olarak alt etmenin tek yolu, her bir su molekülünü ayrı ayrı ısıtmak olurdu).

Basınç konusunda ise böyle bir sınır yoktur. Suyun dışındaki basınç pratik olarak sıfıra eşit olduğu için, kaynama olayı anında gerçekleşebilir. Böylece su, buhara dönüşecektir. Ancak bu sırada ısı kaybı da devam ettiği için, bu buhar kırağılaşacak ve katı faza geçecektir.

Ancak su kaynarken ve buharlaşırken, moleküllerin hacmi artar, dolayısıyla her bir molekül arasındaki mesafe de kat kat artar. Bu nedenle az önce hızla buharlaşan su, şimdi sıfır basınç altında çok hızlı bir şekilde soğur. 210 K (-63.5°C) sınırını geçtiğiniz anda, basınçtan bağımsız olarak su katı faza geçer, yani buzlaşır. Bunu, aşağıdaki faz diyagramının alt kısmına bakarsanız görebilirsiniz: -63.5°C sıcaklığın altında su, her türlü buza dönecektir.

Dolayısıyla uzayda serbest bıraktığınız bir kap suya olacak olan tam olarak şudur: Önce su, hızla kaynayacak ve çok cılız bir buhara dönüşecektir. Bu buhar, sonrasında donmaya başlayacak ve birbirine iyi bir şekilde bağlanmış buz kristalleri yaratacaktır.

Reklamı Kapat

Bunu aslında Dünya üzerinde deneyimlemeniz mümkündür: -30°C'den soğuk bir ortamda, kaynama sıcaklığına çok yakın derecede bir kap suyu alıp havaya fırlatacak olursanız (ve yüzünüze sıçratmamayı başarırsanız), bu etkiyi aynen görebilirsiniz:

Basınçtaki ani düşüş (nihayetinde kabın içerisindeyken suyun üzerinde ek su vardır ama havaya fırlatıldığında her bir parçası üzerindeki basınç hızla azalır), suyun kaynama sıcaklığını aşmasını sağlar ve birden kaynar. Ancak hava o kadar soğuktur ki, daha bu kaynayan su (buhar) donmaya başlar ve kristalleşir, yani kar oluşur.

Kendiniz Deneyin!

Laboratuvar ortamında, oda sıcaklığında kaynayan bir su, suya etkiyen basınç azaltılarak (yarı-vakum ile) kolaylıkla elde edilebilir. Uzayda olan da tam olarak budur. Ancak suyun vakumda nasıl kaynadığını görmek için uzaya gitmek tahmin edebileceğiniz üzere pek de pratik olmaz. Neyse ki aynı etkiyi sınıfınızda ya da evinizde, rahatınızı hiç bozmadan gözlemleyebilirsiniz.

Tek ihtiyacınız olan bir şırınga ve su. Şırıngayı (iğneye gerek yok) pek çok eczaneden veya laboratuvardan bulabilirsiniz.

  1. Şırınganın içine biraz su çekin. Sadece gözlemleyebilecek kadar olması yeterli, şırıngayı ağzına kadar doldurmayın.
  2. Şırınganın ucunu parmağınızla kapayın. Eğer parmağınızı incitmekten korkuyorsanız bir parça plastik de kullanabilirsiniz.
  3. Suya bakarken, şırıngayı mümkün olduğu kadar hızlıca çekin. Suyun kaynadığını gördünüz mü?

Sonuç

Sonuç olarak su, uzayda ve herhangi bir vakum ortamında hemen kaynar. Uzayın sıcaklığı çok düşüktür; çünkü sıcaklık, molekül hareketinin bir ölçüsüdür ve uzayda aşırı az sayıda molekül bulunur. Uzaydaki bir bardak suyun sıcaklığı, ona vuran bir güneş ışığı olmasına, bardağın bir objeyle temas halinde olmasına ya da bardağın karanlıkta öylece yüzüyor olmasına göre değişebilir. Su uzayda buharlaştıktan sonra, buhar donabilir ya da buhar olarak da kalabilir. Kan ve irin gibi diğer vücut sıvıları da tıpkı su gibi hemen kaynar ve buharlaşır.

Okundu Olarak İşaretle
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 28
  • Bilim Budur! 16
  • Tebrikler! 11
  • Merak Uyandırıcı! 3
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 2
  • İnanılmaz 2
  • Üzücü! 1
  • Güldürdü 0
  • Umut Verici! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • M.N. Berberan-Santos, et al. (1998). On The Barometric Formula. American Journal of Physics. doi: 10.1119/1.18555. | Arşiv Bağlantısı
  • R. Hewitt. (2010). Map Of A Nation: A Biography Of The Ordnance Survey. ISBN: 9781847080981. Yayınevi: Granta Books.
  • A. M. Helmenstine. Learn Whether Water Freezes Or Boils First In Space. (03 Eylül 2019). Alındığı Tarih: 16 Aralık 2020. Alındığı Yer: ThoughtCo | Arşiv Bağlantısı
  • E. Siegel. Water In Space: Does It Freeze Or Boil?. (23 Aralık 2016). Alındığı Tarih: 16 Aralık 2020. Alındığı Yer: Forbes | Arşiv Bağlantısı

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 29/07/2021 13:04:24 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/9693

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Size Özel
İçerikler
Instagram
Teori
Boyut
Sars-Cov-2
Hayvanlar
Çeşitlilik
Nükleotit
Ortak Ata
Dünya
Uygulama
Bakteri
Protein
Obstetrik
Manyetik
Karbon
Böcek
Ornitoloji
Uzaylı
Bilim İnsanı
Yüksek
Dinozorlar
Salgın
Pandemi
Süpernova
Sağlık Bakanlığı
Aşı
Daha Fazla İçerik Göster
Evrim Ağacı'na Destek Ol
Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katmak için hemen buraya tıklayın.
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
EA Akademi
Evrim Ağacı Akademi (ya da kısaca EA Akademi), 2010 yılından beri ürettiğimiz makalelerden oluşan ve kendi kendinizi bilimin çeşitli dallarında eğitebileceğiniz bir çevirim içi eğitim girişimi! Evrim Ağacı Akademi'yi buraya tıklayarak görebilirsiniz. Daha fazla bilgi için buraya tıklayın.
Etkinlik & İlan
Bilim ile ilgili bir etkinlik mi düzenliyorsunuz? Yoksa bilim insanlarını veya bilimseverleri ilgilendiren bir iş, staj, çalıştay, makale çağrısı vb. bir duyurunuz mu var? Etkinlik & İlan Platformumuzda paylaşın, milyonlarca bilimsevere ulaşsın.
Podcast
Evrim Ağacı'nın birçok içeriğinin profesyonel ses sanatçıları tarafından seslendirildiğini biliyor muydunuz? Bunların hepsini Podcast Platformumuzda dinleyebilirsiniz. Ayrıca Spotify, iTunes, Google Podcast ve YouTube bağlantılarını da bir arada bulabilirsiniz.
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Sizi Takip Ediyor

Devamını Oku
Evrim Ağacı Uygulamasını
İndir
Chromium Tabanlı Mobil Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
İlk birkaç girişinizde zaten tarayıcınız size uygulamamızı indirmeyi önerecek. Önerideki tuşa tıklayarak uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu öneriyi, yukarıdaki videoda görebilirsiniz. Eğer bu öneri artık gözükmüyorsa, Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Chromium Tabanlı Masaüstü Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
Yeni uygulamamızı kurmak için tarayıcı çubuğundaki kurulum tuşuna tıklayın. "Yükle" (Install) tuşuna basarak kurulumu tamamlayın. Dilerseniz, Evrim Ağacı İleri Web Uygulaması'nı görev çubuğunuza sabitleyin. Uygulama logosuna sağ tıklayıp, "Görev Çubuğuna Sabitle" seçeneğine tıklayabilirsiniz. Eğer bu seçenek gözükmüyorsa, tarayıcının Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Safari Mobil Uygulama
Sırasıyla Paylaş -> Ana Ekrana Ekle -> Ekle tuşlarına basarak yeni mobil uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu basamakları görmek için yukarıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak için tıklayın