Техника - молодёжи 1939-05, страница 14

Г. HAT

Л . |

Что такое теплота? Казалось бы, на этот вопрос ответить легко. «Тепло» и «холодно» — эти поня-v/ тия имеют такую же давность, как и человеческий род, однако люди долгое время не могли объяснить причин возникновения тепла, не могли разобраться в самой природе тепловых явлений.

Давно было замечено, что при соприкосновении двух тел тепло переходит от более горячего к более холодному и температура обоих тел выравнивается. Это свойство породило взгляд, будто тепло является некоей невесомой жидкостью — 0 «теплородом». Такой взгляд долгое время господствовал среди ученых, и еще в начале XIX в. некоторые физики считали, что «теплород» в большем или меньшем количестве !f " содержится в каждом горячем теле и может как бы «переливаться» в тело более холодное, пока не установится одинаковый уровень температур.

Но еще в глубокой древности люди заметили, что тепло может не i только переходить от одного тела к другому, но и возникать при трении тел. На этом был основан один из способов добывания огня еще в доисторическую эпоху. Однако это явление долгое время не подвергалось сколько-нибудь внимательному научному исследованию. В 1798 г. им заинтересовался американец Рум-форд, работавший в арсенале. Рум-форд поразился громадным количе-* гтвом тепла, которое выделялось ^у при сверлении пушек. Тепла было гак много, что после двухчасового сверления вода, в которую была ^>пущена металлическая болванка, за-" кип!ла" Румфорд занялся исследованием этого явления и обнаружил, что путем трения можно извлечь из всякого тела любое количество тепла. Даже куски льда могут быть расплавлены простым трением друг о друга.

Почти за полвека до Румфорда, в середине XVIII в., гениальный русский ученый М. В. Ломоносов вы-Л сказал предположение, что теплота происходит от движения «ничтожных частичек» тела. Опыты Румфорда и других исследователей целиком подтвердили это блестящее предпо

ложение. Эти *опыты совпали с появлением новой научной теории, утверждающей, что всякое вещество состоит из мельчайших частиц — молекул, причем молекулы любого тела всегда находятся в движении. Движение молекул беспорядочно, среди них есть и более быстрые и более медленные. Средняя скорость этих молекул и характеризует температуру тела: чем больше скорость, тем выше температура. В результате трения или ударов молекулы тела убыстряют свои движения и тем самым вызывают повышение температуры. Этим объясняется также, почему железный брус под ударами молота может разогреться до красного каления: сильные удары молота вызывают бесчисленное количество движений . мельчайших частиц — молекул металла; недаром знаменитый ученый Лейбниц образно уподобил это явление размену крупных монет на мелкие.

Новая теория позволила легко объяснить многие явления, сопровождающие нагревание. Теперь стало понятно, почему, например, тело при нагревании расширяется: молекулы его приходят в более быстрое движение, и промежутки между ними увеличиваются.

С появлением новой теории стало понятно, почему тело при изменении температуры переходит из твердого состояния в жидкое, газообразное и обратно. Под влиянием нагревания молекулы твердого тела постепенно убыстряют свои колебания и в конце концов начинают сходить со своих мест. Сила взаимного притяжения молекул ослабляется, тело теряет форму, плавится, превращается в жидкость. Легко объясняется и испарение жидкости: среди молекул жидкого тела попадаются более быстрые, обладающие такой энергией движения, что они вырываются из жидкости и вылетают в окружающее пространство. При этом с потерей быстрых молекул средняя скорость оставшихся естественно уменьшается, вот почему при испарении жидкость всегда охлаждается.

Если мы станем нагревать жидкость еще сильней, процесс испарения ускорится, и вся жидкость нач-

Рисунки л. СМЕХОВА

нет кипеть — переходить в пар, в газ. В газах молекулы движутся наиболее интенсивно и так далеко находятся друг от друга, что промежутки между ними в тысячи раз больше самих молекул, и сила взаимного притяжения перестает оказывать свое действие.

Передача тепла от одного тела к другому, которую раньше представляли как «перетекание теплорода», также легко объясняется с точки зрения движения молекул. Если мы будем нагревать металлический стержень в любом его конце, тепло быстро распространится по всему стержню. Это вызывается так называемой теплопроводностью: быстро колеблющиеся молекулы нагретой части стержня раскачивают соседние, более медленные, т. е. «холодные», молекулы; те в свою очередь передают эти колебания дальше, и так до конца стержня.

Теплопроводность у различных тел различна. Она высока у металлов н очень мала у таких тел, как, например, дерево, резина, вода, воздух. Всем известно, что если разогревать воду в пробирке сверху, то можно довести верхний слой воды до кипения, в то время как кусочки льда, брошенные на дно пробирки, останутся нерастаявшими. Если же разогревать сосуд с водой снизу, то тепло быстро распространится по всей воде. Это происходит потому, что горячая вода, расширяясь, становится легче, поднимается наверх и, смешиваясь с холодной, быстро передает ей свое тепло. К медленно движущимся молекулам холодной воды прибавляются быстро движущиеся молекулы горячей, от чего средняя скорость движения молекул, а следовательно, и температура повышаются. Такая передача теплоты называется конвекцией.

Итак, мы видим, что для передачи тепла необходимо движение молекул. Но как же объяснить передачу солнечного тепла к нам на землю через «пустое» межпланетное пространство, где количество молеку/ так ничтожно, что они вряд ли м£ гут служить промежуточной среден для передачи движения? Чем объгс-нить, что ладонь руки, обращешая