Тепловые явления

Скачать работу - Тепловые явления

Значит, высота Эйфелевой башни может колебаться на 3 40=120мм, или на 12см.

Прямые измерения обнаружили даже, что Эйфелева башня еще чувствительнее к колебаниям температуры, нежели воздух: она нагревается и охлаждается быстрее и раньше реагирует на внезапное появление солнца в облачный день.

Изменения высоты Эйфелевой башни обнаружены с помощью проволоки из особой никелевой стали, обладающей способностью почти не изменять своей длины при колебаниях температуры.

Замечательный сплав этот носит название 'инвар'(от латинского 'неизменный). Итак, в жаркий день вершина Эйфелевой башни поднимается выше, чем в холодный, на кусочек, равный 12см и сделанный из железа, которое, впрочем, не стоит ни одного лишнего сантима. Когда Октябрьская железная дорога длиннее -- летом или зи мой ? На вопрос : ' Какой длины Октябрьская железная дорога ?'— кто-то ответил : -- Шестьсот сорок километров в среднем ; летом метров на триста длиннее,чем зимой . Неожиданный ответ этот не так нелеп , как может показаться . Если длиной железной дороги называть длину сплошного рельсового пути , то он и в самом деле должен быть летом длиннее,чем зимой . Не забудем , что от нагревания рельсы удлиняются — на каждый градус Цельсия более чем на одну 100 000-ю своей длины . В знойные летние дни температура рельса может доходить до 30-40 градусов и выше ; иногда рельс нагревается солнцем так сильно,что обжигает руку.В зимние морозы рельсы охлаждаются до –25 градусов и ниже . Если остановиться на разнице в 55 градусов между летней и зимней температурой , то , умножив общую длину пути 640 км на 0,00001 и на 55,получим около 1 /3 км.

Выходит, что и в самом деле рельсовый путь между Москвой и Ленинградом на треть километра ,т. е. примерно на триста, длиннее, нежели зимой.

Изменяется здесь, конечно, не длина дороги, а только сумма длин всех рельсов. Это не одно и то же, потому что рельсы железнодорожного пути не примыкают друг к другу вплотную: между их стыками оставляются небольшие промежутки—запас для свободного удлинения рельсов при нагревании. Наше вычисление показывает, что сумма длин всех рельсов увеличивается за счет общей длины этих пустых промежутков ;общее удлинение в летние знойные дни достигает 300м по сравнению с величиной ее в сильный мороз. Итак, железная часть Октябрьской дороги действительно летом на 300 м длиннее, нежели зимой. Часы без завода. Лед, не тающий в кипятке . Возьмите пробирку, наполните водой, погрузите в нее кусочек льда, а чтобы он не всплыл вверх (лед легче воды), придавите его свинцовой пулей, медным грузиком и т.п.; при этом, однако, вода должна иметь свободный доступ ко льду.

Теперь приблизьте пробирку к спиртовой лампе так, чтобы пламя лизало только верхнюю часть пробирки.

Вскоре вода начинает кипеть, выделяя клубы пара. Но странная вещь: лед на дне пробирки не тает! Мы имеем перед собой словно маленькое чудо: лед, не тающий в кипящей воде… Разгадка кроется в том, что на дне пробирки вода вовсе не кипит, а остается холодной; она кипит только вверху. У нас не 'лед в кипятке', а 'лед под кипятком'. Расширяясь от тепла, вода становится легче и не опускается на дно, а остается в верхней части пробирки.

Течения теплой воды и перемешивание слоев будут происходить в верхней части пробирки и не захватят нижних более плотных слоев.

Нагревание может передаваться вниз лишь путем теплопроводности, но теплопроводность воды чрезвычайно мала. Греет ли шуба ? Что сказали бы вы, если бы вас стали уверять, будто шуба нисколько не греет ? Вы подумали бы, конечно, что с вами шутят. А если бы вам стали доказывать это утверждение на ряде опытов ? Проделайте, например, такой опыт.

Заметьте, сколько показывает термометр, и закутайте его в шубу. Через несколько часов выньте. Вы убедитесь, что он не нагрелся даже на четверть градуса: сколь показывал раньше, столько показывает и теперь. Вот и доказательство, что шуба не греет. Вы могли бы заподозрить, что шубы даже холодят.

Возьмите два пузыря со льдом, один закутайте в шубу, другой оставьте в комнате незакрытым. Когда лед во втором пузыре растает, разверните шубу: вы увидите, что здесь он почти и не начинал таять.

Значит, шуба не только не согрела льда, но как будто даже холодила его, замедляя таяние! Что можно возразить ? Как опровергнуть эти доводы ? Никак. Шубы действительно не греют, если под словом 'греть' разуметь сообщение теплоты. Лампа греет, печка греет, человеческое тело греет, потому что все эти предметы являются источником теплоты. Но шуба в этом смысле слова нисколько не греет. Она своего тепла не дает, а только мешает теплоте нашего тела уходить от него .Вот почему теплокровное животное, тело которого само является источником тепла, будет чувствовать себя в шубе теплее, чем без нее. Но термометр не порождает собственного тепла, и его температура не изменится от того, что мы закутаем его в шубу. Лед, обернутый в шубу, дольше сохраняет свою низкую температуру, потому что шуба—весьма плохой проводник теплоты—замедляет доступ к нему тепла извне, от комнатного воздуха. В таком же смысле, как шуба, снег греет землю; будучи, подобно всем порошкообразным телам, плохим проводником тепла, он мешает теплу уходить из покрытой им почвы. В почве, защищенной слоем снега, термометр показывает нередко градусов на десять больше, чем в почве, не покрытой снегом. Итак, на вопрос, греет ли нас шуба, надо ответить, что шуба только помогает нам греть самих себя.

Вернее было бы говорить, что мы греем шубу, а не она нас. Веер. Когда женщины обмахиваются веерами, им, конечно, становится прохладнее.

Казалось бы, что занятие это вполне безвредно для остальных присутствующих в помещении и что собравшиеся могут быть только признательны женщинам за охлаждение воздуха в зале.

Посмотрим, так ли это.

Почему при обмахивании веером мы ощущаем прохладу ? Воздух, непосредственно прилегающий к нашему лицу, нагревается и эта теплая воздушная маска, невидимо облегающая наше лицо, 'греет' его , т. е. замедляет дальнейшую потерю тепла. Если воздух вокруг нас неподвижен, то нагревшийся близ лица слой воздуха лишь весьма медленно вытесняется вверх более тяжелым ненагретым воздухом. Когда же мы смахиваем веером с лица теплую воздушную маску, то лицо соприкасается с все новыми порциями ненагретого воздуха и непрерывно отдает им свою теплоту; тело наше остывает, и мы ощущаем прохладу.

Значит, при обмахивании веером женщины непрерывно удаляют от своего лица нагретый воздух и заменяют его ненагретым ; нагревшись, этот воздух удаляется в свою очередь и заменяется новой порцией ненагретого , и т. д.

Работа веером ускоряет перемешивание воздуха и способствует быстрейшему уравниванию температуры воздуха во всем зале, т. е. доставляет облегчение обладательницам веера за счет более прохладного воздуха, окружающего остальных присутствующих. Для действия веера имеет значение еще одно обстоятельство, о котором мы сейчас расскажем.

Отчего при ветре холоднее ? Все знают, что в тихую погоду мороз переносится гораздо легче, чем при ветре. Но не все представляют себе причину этого явления.

Большой холод при ветре ощущается лишь живыми существами; термометр вовсе не опускается ниже, когда его обдувает ветер.

Ощущение резкого холода в ветреную морозную погоду объясняется прежде всего тем, что от лица (и вообще от тела) отнимается при этом гораздо больше тепла, нежели в тихую погоду, когда воздух, нагретый телом, не так быстро сменяется новой порцией холодного воздуха. Чем ветер сильнее, тем большая масса воздуха успевает в течение минуты прийти в соприкосновение с кожей, и, следовательно, тем больше тепла отнимается ежеминутно от нашего тела. Этого одного уже достаточно, чтобы вызвать ощущение холода. Но есть и еще причина. Кожа наша всегда испаряет влагу, даже в холодном воздухе. Для испарения требуется теплота; она отнимается от нашего тела и от того слоя воздуха, который к телу прилегает. Если воздух неподвижен, испарение совершается медленно, т. к. прилегающий к коже слой воздуха скоро насыщается парами. Но если воздух движется и к коже притекают все новые и новые его порции, то испарение все время поддерживается очень обильное, а это требует большого расхода теплоты, которая отбирается от нашего тела. Как же велико охлаждающее действие ветра ? Оно зависит от его скорости и от температуры воздуха; в общем оно гораздо значительнее, чем обычно думают.

Приведу пример, дающий представление о том, какого бывает это понижение. Пусть температура воздуха +4, а ветре нет никакого. Кожа нашего тела при таких условиях имеет температуру +31. Если же дует легкий ветерок, едва движущий флаги и не шевелящий листвы(скорость 2 м/сек), то кожа охлаждается на 7 градусов; при ветре, заставляющем флаг полоскаться(скорость 6 м/сек), кожа охлаждается на 22 градуса: температура ее падает до 9 градусов! Эти данные взяты из книги Н. Н. Калитина 'Основы физики атмосферы в применении к медицине'; любознательный читатель найдет в ней много интересных подробностей. Итак, о том, как будет ощущаться нами мороз, мы не можем судить по одной лишь температуре, а должны принимать во внимание также и скорость ветра. Один и тот же мороз переносится в Ленинграде в среднем хуже, чем в Москве, потому что средняя скорость ветра на берегах Балтийского моря равна 5-6 м/сек, а в Москве—только 4,5 м/сек. Еще легче переносятся морозы в Забайкалье, где средняя скорость ветра всего 1,3 м/сек.

Знаменитые восточносибирские морозы ощущаются далеко не так жестоко, как думаем мы; Восточная Сибирь отличается почти полным безветрием, особенно в зимнее время. Какую жару способны мы переносить ? Человек гораздо выносливее по отношению к жаре, чем обыкновенно думают: он способен переносить в южных странах температуру заметно выше той, какую мы в умеренном поясе считаем едва переносимой. Летом в Средней Австралии нередко наблюдается температура +46 градусов в тени; там отмечались температуры даже +55 градусов в тени (по Цельсию). При переходе через Красное море и Персидский залив температура в корабельных помещениях достигает +50 градусов и выше, несмотря на непрерывную вентиляцию.

Наиболее высокие температуры, наблюдавшиеся в природе на земном шаре, не превышали +57. Температура эта установлена в так называемой 'Долине Смерти' в Калифорнии. Зной в Средней Азии—не бывает выше +50 градусов.

Отмеченные сейчас температуры измерялись в тени.

Почему метеоролога интересует температура именно в тени, а не на солнце ? Дело в том, что температуру воздуха измеряет только термометр, выставленный в тени.

Градусник, помещенный на солнце, может нагреться его лучами значительно выше, чем окружающий воздух, и показание его нисколько не характеризует теплового состояния воздушной среды.

Поэтому и нет смысла, говоря о знойной погоде, ссылаться на показание термометра, выставленного на солнце.

Производились опыты для определения высшей температуры, какую может выдержать человеческий организм.

Оказалось, что при весьма постепенном нагревании организм наш в сухом воздухе способен выдержать не только температуру кипения воды ( 100 градусов), но иногда даже еще более высокую, до 160 градусов по Цельсию, как доказали английские физики Благден и Чентри , проводившие ради опыта целые часы в натопленной печи хлебопекарни. 'Можно сварить яйца и изжарить бифштекс в воздухе помещения, в котором люди остаются без вреда для себя',-- замечает по этому поводу Тиндаль . Чем же объясняется такая выносливость? Тем, что организм наш фактически не принимает этой температуры, а сохраняет температуру, близкую к нормальной. Он борется с нагреванием посредством обильного выделения пота; испарение пота поглощает значительное количество тепла из того слоя воздуха, который непосредственно прилегает к коже, и тем в достаточной мере понижает его температуру.

Единственные необходимые условия состоят в том, чтобы тело не соприкасалось непосредственно с источником тепла и чтобы воздух был сух. Кто бывал в Средней Азии, тот замечал, как сравнительно легко переносится там жара в 37 градусов Цельсия и более. 24-градусная жара в Ленинграде переносится гораздо хуже.

Причина, конечно, во влажности воздуха в Ленинграде и сухости его в Средней Азии, где дождь – явление крайне редкое ( в июне влажность доходит до нуля). Почему пламя не гаснет само собой ? Если вдуматься хорошенько в процесс горения , то невольно возникает вопрос : отчего пламя не гаснет само собой ? Ведь продуктами горения являются углекислый газ и водяной пар—вещества негорючие , неспособные поддерживать горение.

Следовательно, пламя с первого же момента горения должно быть окружено негорючими веществами, которые мешают притока воздуха; без воздуха горение продолжаться не может, и пламя должно погаснуть.

Почему же этого не происходит ? Почему горение длиться непрерывно , пока есть запас горючего вещества ? Только потому, что газы расширяются от нагревания и, следовательно, становятся легче. Лишь благодаря этому нагретые продукты горения не остаются на месте своего образования, в непосредственном соседстве с пламенем, а немедленно же вытесняются вверх чистым воздухом. Если бы закон Архимеда не распространялся на газы(или если бы не было тяжести), всякое пламя, погоревши немного, гасло бы само собой.

Весьма легко убедиться в том, как губительно действуют на пламя продукты его горения. Вы нередко пользуетесь этим, сами того не подозревая, чтобы загасить огонь в лампе. Как задуваете вы керосиновую лампу ? Дуете в нее сверху, т. е. гоните вниз, к пламени, негорючие продукты его горения; и оно гаснет, лишенное свободного доступа воздуха.

Горячий лед. Есть еще более удивительная вещь: горячий лед. Мы привыкли думать, что вода в твердом состоянии не может существовать при температуре выше нуля.

Исследования английского физика Бриджмена показали, что это не так: под весьма значительным давлением вода переходит в твердое состояние и остается такой при температуре значительно выше нуля.

Вообще Бриджмен показал, что может существовать не один сорт льда, а несколько. Тот лед, который он называет 'льдом № 5', получается под чудовищным давлением в 20 600 атмосфер и остается твердым при температуре +76 градусов по Цельсию. Он обжег бы нам пальцы, если бы мы могли до него дотронуться. Но прикосновение к нему невозможно: лед №5 образуется под давлением мощного пресса в толстостенном сосуде из лучшей стали.

Увидеть его или взять в руки нельзя, и о свойствах 'горячего льда' узнают лишь косвенным образом.

Любопытно, что 'горячий лед' плотнее обыкновенного, плотнее даже воды: его удельный вес 1,05. Он должен был бы тонуть в воде, между тем как обыкновенный лед в ней плавает.

Используемая литература: 1. Перельман Я. И. 'Занимательная физика'. Изд.'Тезис ' Екатеринбург 1994г. ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА РЕФЕРАТ Тепловые явления.

оценка ценных бумаг в Брянске
кадастровая стоимость в Смоленске
оценка аренды земли в Липецке