Путешествия и открытия        10 февраля 2015        97         0

Тепло и холод

Что же такое тепло? И что такое холод? Может, эти вопросы кому-нибудь кажутся слишком легкими?..

Помните: один древний философ уверял всех, что огонь — это вещество.

Вы, наверно, посмеетесь: какое же вещество — огонь?.. Вот горящие дерево или уголь — действительно вещества. А огонь — это просто горение: топливо соединяется с кислородом и при этом выделяется много тепла.

Но не думайте, что догадаться об этом было просто. И не только в далекой древности люди ошибались. Еще недавно некоторые ученые считали, что тепло — особая невидимая жидкость: переливается из нагретого тела в холодное и нагревает его. Для этой жидкости, которая «творила тепло», даже название приготовили: теплотвор.

А может быть, так и есть?.. Может быть, теплотвор вроде чая: нальешь в пустой стакан — стакан нагреется, выльешь — остынет. А если на огне нагревать кирпич или, скажем, кусок толстой железной проволоки, где же в проволоке, в кирпиче поместится чай-теплотвор?..

Но были и тогда ученые, не верившие в теплотвор. Ломоносов еще более двухсот лет назад говорил: движение атомов и молекул в веществе — это и есть тепло. Если они начинают двигаться, суетиться быстрее, мы скажем: вещество нагревается. Если медленнее — остывает.Тепло и холод

Как бы это проверить: прав он или не прав?

А проверить все же возможно: если опытный наблюдатель будет достаточно долго и внимательно глядеть в микроскоп, то заметит, что в капле кипятка броуновские частички-пылинки движутся быстрее, чем в холодной, остуженной капле.

Впрочем, и без всякого микроскопа каждый не раз видел, как начинают носиться «горячие» молекулы: ну конечно, я имею в виду обыкновенный пар — молекулы воды, вылетающие из чайника на плите…

Неужели вы и теперь продолжаете думать, будто это слишком простые вопросы? Тогда ответьте, пожалуйста, еще на один: почему нагревается ложка в стакане с чаем? И почему нагревается стакан?

Люди привыкли к таким «обыкновенным» явлениям и почти не замечают их. Им кажется, что это слишком просто, даже неинтересно. Еще как интересно!..

Отчего же нагреваются стакан и чайная ложка?

Есть такая шутка: «От чего утка плавает?» — «От берега». Только не вздумайте подобным образом ответить на мой вопрос: «Стакан и ложка нагреваются от горячего чая…» Ясно, что от горячего, а не от холодного. А вот почему они нагреваются от чая, как это происходит?

Подумали? Наверно, кто-нибудь уже догадался. Вот и объясните тому, кто до сих пор не знает. А объяснить можно так: молекулы горячего чая толкаются не только между собой — они толкают, пихают все, что встретится им на пути. Встретился стакан — толкают стенки стакана, встретилась ложка — ложку. Молекулы стеклянного стакана сперва были «холодные», медленные. Но быстрые молекулы чая очень скоро их растормошили, растолкали: стакан нагрелся.

Ложка не вся утонула в чае — конец торчит сверху, над стаканом. А попробуйте-ка дотронуться до него — конец тоже нагрелся. Это свойство вещества — передавать, проводить тепло, будто электрический ток по проводам,— называют теплопроводностью. Особенно хорошо проводят тепло металлы и некоторые другие твердые вещества. Теплопроводность жидкостей, например воды, во много раз хуже, чем металлов. А теплопроводность газов? Вы, конечно, помните, что в газах молекулам живется просторно и они сравнительно редко сталкиваются, встречаются друг с другом. Вот почему газы, например воздух, проводят тепло совсем плохо.

Люди знают об этом и по-разному используют теплопроводность разных веществ.

Какая стена теплее — сложенная из сплошного глиняного кирпича или из кирпича, внутри которого оставлены дырки? Оказывается, «дырчатая»: кирпич сам по себе плохой проводник тепла, ну, а воздух, запертый в дырках в толще стены, — еще хуже. Ни за что не пропустит в дом зимний холод и не выпустит из дома тепло!

А вот в «стенках» кастрюль, сковородок, чайников незачем оставлять так называемые раковины, пустоты. Не случайно эту посуду изготовляют чаще всего из металла — из чугуна, алюминия. Ведь металлы, как мы уже говорили, обладают прекрасной теплопроводностью. В металлической посуде пищу можно нагреть и сварить гораздо быстрее, чем в глиняной…

Что же происходит с веществом, когда его нагревают?

С каким веществом?

С любым… Взять хотя бы кусок железа. Или нет, возьмем не железо, а обыкновенный пятак, монету из сплава меди с другими металлами.

Можно проделать с монетой опыт: забить два гвоздя в дощечку, будто это футбольные ворота. Да так, чтобы в эти ворота мог плашмя протискиваться пятак. А теперь хорошенько нагрейте пятак на огне и попробуйте снова просунуть в ворота. Только — чур! — не хватайте монету пальцами — обожжетесь. Лучше взять ее плоскогубцами или другими щипцами… Что, не лезет, не получается? Ну конечно: монета от нагревания «растолстела». Вот как расшевелились в ней мельчайшие частички вещества! Тесно им стало — они и растолкали друг друга, заняли больше места.

И кусок железа «растолстеет», если его нагреть, и вода, и камень, и воздух — словом, любое вещество. Свойство вещества увеличиваться, расширяться при нагревании называют тепловым расширением.

Тепловое расширение каждый много раз наблюдал в обыкновенном градуснике — термометре. «Термо» по-гречески значит «тепло». Термометр — измеритель тепла. В термометре есть стеклянная тонкая трубочка, в которой запаяна ртуть.

Если градусник сунуть под мышку, ртуть нагреется и расширится. А расширившись, поднимется по трубочке вверх и покажет температуру, то есть быстро ли движутся атомы и молекулы в нашем теле.

Есть термометры для жидкостей. Они показывают, быстро ли там движутся молекулы. Есть для воздуха: по ним узнают, жарко на улице или холодно.

Есть специальные термометры, которыми можно измерять температуру в доменных печах, где плавят железо.

Кстати, что это значит — расплавить железо?

Значит, нагреть его до высокой-превысокой температуры, до тысячи пятисот градусов! Атомы железа раскачаются, распляшутся от нестерпимой жары и перестанут держаться друг за друга так прочно, как раньше, и… потекут. Твердое железо превратится в горячую огненную реку, в жидкость. А если нагреть его еще сильнее, то и в пар! Даже очень твердое вещество, например камень кварц, можно расплавить и превратить в жидкость, а потом в пар или газ.

А что происходит, если остужать вещество, или, как говорят, понижать его температуру?

Тогда пар или газ снова превращаются в жидкость: частички вещества понемногу успокаиваются. Станет еще холоднее — и жидкость затвердеет. Воздух, которым мы дышим, ученые тоже научились превращать в жидкость вроде воды или в кусок твердого льда — в холодильниках. Не в обыкновенных холодильниках, а в специальных, где мороз двести градусов! Такого трескучего мороза даже на Северном полюсе не бывает.

Кто же из них был прав — материалисты или идеалисты? Нужна или не нужна наука? Может ли наука узнать, из чего все? Пожалуй, я даже отвечать на эти вопросы не буду: вы сами давно догадались.

Сперва ученые-материалисты доказали, что атомы и молекулы не выдумка, что они существуют на самом деле. А потом эти самые атомы и молекулы помогли ученым понять, от чего зависят свойства вещества.

Но и это не все. Оказалось, что внутри каждого атома скрыта огромная сила. Как бы ее освободить и заставить служить людям?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *