Глава третья Опыты с теплотой

Глава третья Опыты с теплотой

Самое наглядное свойство теплоты заключается в способности вызывать расширение всяких тел — твердых, жидких и газообразных. Но твердые и жидкие тела, взятые в одинаковых объемах, при одинаковом повышении температуры расширяются одни больше, другие меньше, в зависимости от вещества, из которого они состоят; газообразные вещества расширяются от теплоты все почти совершенно одинаково, независимо оттого, какой газ нагревается. Эту разницу в свойствах тел нужно всегда иметь в виду.

Металлический термометр. Возьмите полоску листового железа шириной 2 сантиметра и длиной 30 сантиметров и такую же полоску листовой меди, вылудите их и вылуженными сторонами наложите одну на другую. Зажмите их тисками или клещами и нагрейте, чтобы полуда расплавилась. Полоски спаяются вместе, образовав одну. Когда спаянные полоски будут остывать, они согнутся. Выправьте их легонько молотком.

На рис. 48 видно, как собирается металлический термометр. Конец спаянной полоски металла прижат гирей к ящику. Почти вся полоска висит свободно. Если под этой полоской водить спиртовой лампочкой, пластинка начнет сгибаться, всегда в сторону медной полоски.

Этот опыт показывает, что при одинаковом нагревании железо расширяется сильнее, чем медь. Чем толще металлические полоски, из которых составлена пластинка, тем дольше ее нужно нагревать, чтобы она согнулась. Это понятно, потому что источник тепла и температура нагревания предмета находятся в таком же отношении, как вода в котле и образование пара. Чем больше котел, тем дольше не закипает в нем вода, а в маленькой кастрюльке вода закипает быстрее на таком же огне.

Рис. 48

Маленькое тело нагревается быстрее, чем большое, или, иначе говоря, на большое тело должно быть потрачено большее количество теплоты для достижения определенной температуры, чем на маленькое.

Если вы хотите, чтобы пластинка из двух металлов была очень чувствительной, возьмите для нее металл потоньше и обрежьте ее поуже. Если полоска достаточной длины и к концу ее приделана стрелка-указатель, которая двигается по делениям шкалы, вы можете следить за температурой в комнате. Это будет инструмент, который можно назвать «металлическим термометром». Этот самодельный термометр сравните с хорошим ртутным и нанесите градусы на шкалу.

Металлический термометр может служить и как термометр сигнальный. Подведите один провод от батареи к пластинке, другой провод батареи соедините с одним из зажимов электрического звонка, а второй провод от второго зажима звонка укрепите над пластинкой или под ней, смотря по тому, при какой температуре, низкой или высокой, должен зазвонить звонок. Когда температура повысится, пластинка прикоснется к проводу, ток замкнется и звонок зазвонит. Передвигая провод, расположенный над пластинкой, вверх или вниз, вы можете заставить термометр давать сигналы при любой температуре.

Воздушный термометр. До определенной температуры можно пользоваться и расширением воздуха от нагревания. Только построить воздушный термометр гораздо труднее, чем металлический.

В горлышко колбы (тонкостенной бутылки) вставьте с помощью пробки тонкую стеклянную трубку и хорошенько залейте соединение сургучом. Поставьте этот прибор, как показано на рис. 49, так, чтобы нижний конец трубки опускался в сосуд с подкрашенной водой.

Рис. 49

Если вы теперь возьметесь за колбу теплыми руками, воздух, находящийся в ней, расширится от нагревания и пузырьками будет выходить через жидкость.

Если руки убрать, колба остынет, воздух в ней сожмется и окрашенная вода поднимется по трубке. Едва вы дотронетесь до колбы руками, водяной столб сейчас же опустится.

Этот прибор настолько чувствителен, что даже приближение руки к колбе и небольшие колебания комнатной температуры оказывают влияние на высоту столбика воды.

Казалось бы, что очень просто поставить за трубкой шкалу и разметить ее, сравнив с показаниями ртутного термометра. Но если сделать так, окажется, что воздушный термометр ежедневно дает разные показания, даже и при одной и той же температуре, так как высота водяного столба в трубке так же находится под влиянием изменяющегося атмосферного давления, как и столб ртути в барометре. Если же вы, кроме показаний шкалы, сумеете принять в расчет и воздушное давление, тогда показания воздушного термометра будут довольно точными.

Вертящаяся змея. Об этом маленьком опыте можно было бы рассказать в главе о механике, но с таким же правом его можно рассматривать и как пример действия теплоты; он мог быть помещен также и в главе о летательных аппаратах.

Нагретый воздух расширяется; литр теплого воздуха весит меньше, чем литр холодного. Более легкое тело всегда стремится подняться в более тяжелой среде, если оно, как воздух в воздухе, может свободно двигаться во второй среде. Неудивительно поэтому, что в комнате и на дворе воздух находится в постоянном движении. Около печки воздух поднимается к потолку, растекается под потолком, затем опускается вдоль отдаленных стен и опять идет над полом к печке.

Во дворе воздух, нагретый солнцем, поднимается, а на его место притекает холодный воздух из затененных мест.

Движение нагретого воздуха вверх можно легко обнаружить на опыте. Нарисуйте на бумаге кружок диаметром 10 сантиметров. В этом кружке начертите спиральную линию; от одного витка спирали до другого должно быть расстояние примерно 1 сантиметр. Вырежьте эту спираль, и, если вы возьмете ее за центр, она растянется, будто проволочная скалка для сбивания яичных белков.

Рис. 50

Центральный кружок спирали сложите два раза пополам под прямым углом. Тогда образуется маленькое углубление, которым спираль можно надеть на вязальную спицу. Другой конец спицы воткните в маленькую деревянную дощечку (рис. 50) и поставьте этот прибор на карниз печи или на край стула, придвинутого к печке. Спираль тотчас начнет вертеться, так как поднимающийся кверху воздух, скользя по наклонным кольцам спирали, толкает ее.

Получение теплоты без огня. Солнце — источник тепла и света для Земли. Все другие источники теплоты на Земле очень незначительны по сравнению с могучим действием солнечных лучей. Если бы солнце померкло, это было бы смертным приговором всем растениям и животным Земли. В короткое время невообразимые ледяные массы погребли бы под собой все живущее, от полюсов до экватора.

Но и искусственные источники тепла появились на земле под действием солнечных лучей.

Много миллионов лет назад, когда на расплавленном земном шаре стала образовываться твердая кора, сквозь щели этой коры вырывался огонь и громадные вулканические извержения выбрасывали пылающую лаву. Эти извержения сделали возможным существование растительной жизни на Земле. Каждый вулкан, кроме других газов, выделяет громадное количество углекислого газа, а он служит главной пищей для растений. Поэтому в следующий геологический период развития Земли рост растений был таким бурным, как никогда с тех пор. Земля походила тогда на чудовищную оранжерею. Грозовые облака окутывали Землю со всех сторон и орошали ее страшными ливнями. Солнечные лучи с трудом пробивались сквозь облака и с трудом освещали землю. Но температура Земли была все же очень высокой и воздух насыщен парами. Под влиянием теплоты и влажности травы разрастались в огромные деревья, которые, тесня друг друга, образовывали сплошные, непроходимые леса. Великаны-растения гибли, падали на землю и обращались в прекрасную почву для новых, еще больших гигантов.

В ту эпоху на Земле происходили страшные землетрясения. Большие площади земли заливались наводнениями, и часто случалось, что эти роскошные леса погребались под землей или затоплялись водой. Их постепенно заносило песком или илом, и они оказались погребенными на многие миллионы лет.

Химические процессы, происходившие под давлением образовавшихся над похороненными растениями пластов земли, превратили древесину в то блестящее черное вещество, которое извлекают теперь из недр земли, — каменный уголь. Когда мы топим печи углем, когда уголь нагревает котлы паровых машин, мы извлекаем из него ту теплоту, которую солнце затратило когда-то на первобытные леса.

С течением времени кора Земли становилась постепенно все толще и толще, но и сейчас еще на большой глубине земля сильно нагрета. Это доказывают извержения вулканов, горячие источники и высокие температуры глубоких шахт. Чем глубже забирается человек в Землю, тем теплее становится в шахте.

Все искусственные источники теплоты, конечно, ничтожны по сравнению с запасами тепла внутри Земли. Но без наших искусственных источников мы обойтись не можем.

Добыть теплоту можно различными способами. Одним из древнейших способов было трение. Быстро двигая один кусок дерева по другому, доисторические люди добывали огонь еще двадцать — тридцать тысяч лет назад. Можно получить огонь, ударяя куском стали о кремень. Это огниво. Когда мы зажигаем спичку, она вспыхивает тоже от тепла, возникающего вследствие трения головки спички о коробку. Мы можем поэтому сказать, что механическая работа обращается в теплоту.

Познакомимся поближе с появлением искры при высекании ее огнивом. Оказывается, что искра огнива — это маленький кусочек стали, раскаленный до плавления. В этом легко убедиться.

Положите под искры огнива листок бумаги. Простым глазом трудно разобрать, что за серая пыль оказалась на бумаге. Но, взяв лупу, вы увидите, что бумага усеяна маленькими серо-черными шариками, на поверхности которых ясно видны следы плавления. Вы поразитесь, узнав, что для плавления стали требуется температура 1400° по Цельсию. Но ведь вы сами видели, что при одном ударе стали о кремень в это короткое время была достигнута такая высокая температура.

Каждому понятно, что нагревание от 15° (температура воздуха в комнате) до 1400° не было подготовлено заранее. Только в момент удара, который продолжается приблизительно у долю секунды, температура должна была повыситься от 15° до 1400°. Это значит, что повышение температуры на каждый градус происходило в течение 0,00009 секунды.

Так мы проходим часто мимо поразительных явлений только потому, что привычка видеть их часто мешает нам замечать их.

А что, например, происходит в момент ружейного выстрела? Легкий нажим на спуск заставляет курок, или ударник, воспламенить пороховую массу. Собственно, ударом курка мы не могли бы зажечь порох, но от удара воспламеняется ударная смесь, а через нее и порох (смесь селитры, серы и угля). Одна из мельчайших частиц угля, раскаленная добела, передает свой жар ближайшей частице серы и селитры, и от этого в огромном количестве выделяются кислород и азот. Частицы кислорода соединяются с углеродом и образуют углекислый газ. Другая часть соединяется с серой и образует сернистый газ, который осаждается в ружейном стволе и сильно разъедает его.

Такой же процесс совершается со всеми другими зернами пороха. Развивается масса горячих газов, образование которых было вызвано теплотой, и эта масса газов с огромной силой выталкивает пулю из ствола.

Все это происходит в одно мгновение, в какую-нибудь сотую долю секунды, так что при помощи наших грубых чувств мы не в состоянии даже уловить промежуток между ударом курка и блеском ружейного выстрела.

Нагревание химическими способами. Вы знаете, что некоторые вещества соединяются с другими химически, а некоторые не обладают этим свойством. При одних химических соединениях вещества нагреваются, при других они, напротив, охлаждаются; химики называют эту теплоту теплотой соединения.

Вам известно, какой жар вызывается гашением извести. Если вы положите яйцо в нетолченую сухую негашеную известь и нальете на нее воды, яйцо очень быстро сварится вкрутую. Сухая известь вытягивает из воздуха так много сырости, что на ее поверхности может воспламениться кусочек фосфора или серы, можно растопить воск или соль. Если вы смешаете одну часть холодной воды с четырьмя частями серной кислоты, вода дойдет до температуры кипения.

Этот опыт (рис. 51) требует большой осторожности. Запомните непременно, что никогда нельзя лить воду в кислоту. Обязательно надо вливать кислоту в воду и делать это очень осторожно, непрерывно размешивая воду стеклянной палочкой.

Рис. 51

Если несколько капель воды попадают в кислоту, вода так быстро нагревается и испаряется, что происходит взрыв, разбрызгивающий кислоту. Если капли кислоты попадут на руки или на лицо, получатся очень болезненные раны. Кислота проедает также платье, если только не вывести сейчас же пятно крепким нашатырным спиртом. Свежие пятна от кислоты на платье сейчас же видны. Они красноватого цвета. Если вы неосторожно капнете кислоту на материю, сейчас же облейте ее нашатырным спиртом. При работе с кислотой нашатырный спирт всегда надо иметь под рукой.

Для нашего опыта с нагреванием воды толстые стаканы не годятся — они быстро лопаются. Возьмите специальные, так называемые химические стаканы. Лучше поставьте стаканы не просто на стол, а подложите под них сложенную в несколько раз тряпочку.

Чтобы вскипятить воду, налейте ее в пробирку и пользуйтесь пробиркой вместо палочки, когда будете размешивать кислоту. Вода в пробирке должна закипеть примерно через полминуты, а если хотите получить эффект очень быстро, налейте в пробирку не воду, а спирт; он закипает гораздо скорее, потому что точка кипения спирта намного ниже, чем воды.

Мы приводим несколько рецептов для получения теплоты без огня. Когда будете пользоваться рецептами, помните общие правила. При растворении твердых веществ воды надо подливать столько, чтобы только вполне растворить их без осадка. А кислоту вливать в раствор надо непрерывно, осторожно мешая все время палочкой. Вливать кислоту сразу нельзя, она должна литься по каплям.

Первый рецепт: 5 частей серной кислоты с раствором 6 частей сухого едкого калия.

Второй рецепт: 5 частей серной кислоты с раствором 4 частей едкого натра.

Третий рецепт: 5 частей серной кислоты с 3 частями сухой (жженой) извести. Известь нужно предварительно приготовить, залив ее таким количеством воды, какое только она сможет впитать. Затем известь нужно охладить.

Четвертый рецепт: 5 частей серной кислоты с 7 частями крепкого нашатырного спирта.

Теплота, которая развивается при химических соединениях, иногда приносит пользу, а иногда причиняет большой вред. Свежий навоз, положенный в так называемую «паровую грядку», развивает значительную теплоту, и садовники пользуются этим для ускорения роста растений. Теплота развивается и в сыром сене, сложенном в копну. Попробуйте в деревне осторожно сунуть руку в сложенную за день или два до этого копну свежего сена. Вы сразу почувствуете тепло. Самонагревание сена портит его качество. Еще больше теплоты образуется в обмолоченной соломе. И сырое сено, и обмолоченная солома могут даже самовозгораться. Бывало, что большие суда на море загорались без видимых причин, от самовоспламенения грузов. Это случалось и с железнодорожными поездами, груженными свежепрессованным брикетным углем.

Знаете ли вы, что теплота нашего тела тоже объясняется химическими процессами? Воздух, который мы вдыхаем, отличается от того, который мы выдыхаем. Выдыхаемый воздух содержит гораздо меньше кислорода и гораздо больше углекислого газа. Только пропорция азота остается неизменной. Наша кровь циркулирует по всему телу, протекает по бесчисленным разветвлениям кровеносных сосудов. Она отбирает в легких кислород от вдыхаемого воздуха и отдает углекислый газ. Кислород в нашем теле соединяется с углеродом. При этом выделяется значительное количество согревающей нас теплоты.

Можно подумать, что в конце концов в атмосфере всего земного шара кислорода окажется недостаточно. Но в природе происходит непрерывное «исправление» воздуха. Человек и прочие животные поглощают кислород и выдыхают углекислоту, а растения поглощают углерод и выдыхают кислород. Таким образом, мир растительный и мир животный зависят один от другого и поддерживают друг друга.

Нагревание жидкостей сотрясением. Сделаем маленькое вступление к этому опыту. Вы знаете, конечно, что, для того чтобы превратить твердое тело в жидкое, его надо нагреть. Лед тает под лучами солнца, воск — от пламени свечи, железо — в плавильной печи. При этом можно наблюдать замечательное и на первый взгляд непонятное явление. Пока весь кусочек взятого нами вещества не расплавится совсем, температура расплавленной части не поднимается ни на одну сотую градуса. Если у вас есть под руками кусочек льда, химический стакан, спиртовая лампочка и термометр, вы легко в этом можете убедиться.

Поставьте стакан со льдом над огнем лампочки и размешивайте термометром образующуюся в стакане воду. Все время, пока лед тает, ртуть термометра будет стоять на нуле и поднимется только тогда, когда последний кусочек льда перейдет в жидкое состояние. Можно подумать, что это неразрешимая загадка.

Куда же девалась та теплота, которая в огромном количестве была израсходована для того, чтобы расплавить твердое тело? Очевидно, она была затрачена на какую-то другую работу, и поэтому ее не обнаруживал термометр. Действительно, она вся ушла на превращение льда при температуре в 0° в воду с той же температурой 0°. Она обратилась в «скрытую» теплоту, как говорят физики. И она опять может проявиться тогда, когда произойдет обратное: когда вода обратится в лед. При замерзании воды, с наступлением зимы, выделяются громадные количества теплоты. Без этого могли бы сразу наступить свирепые морозы.

Конечно, существование скрытой теплоты обнаруживается не только в случае с водой и льдом. Мы можем наблюдать ее при превращении вещества из твердого состояния в жидкое или из жидкого в твердое.

Нагрейте на спиртовой лампочке кристаллы серноватисто-кислого натра (гипосульфита) в стеклянной колбочке. Серноватисто-кислый натр употребляется как фиксаж при фотографировании. Когда его кристаллики расплавятся в бесцветную жидкость, заткните колбочку ватой и поставьте куда-нибудь, где ее не толкнут. Через несколько часов эта жидкость остынет, но — что замечательно — она не превратится опять в твердое тело. Еще более удивительно то, что достаточно самой ничтожной причины, чтобы расплавленный серноватисто-кислый натр сразу затвердел. При этом выделяется скрытая теплота — та теплота, которая была затрачена на плавление кристаллов.

Если в остывший, но еще жидкий натр вы бросите маленький кристаллик натра, тотчас же из жидкости выпадет второй такой же кристаллик, затем третий, четвертый и т. д. Превращение жидкости в кристаллы произойдет быстрее, чем вы успеете прочесть об этом, и вы не уследите за ростом их числа. Колбочка в это время так сильно нагревается, что до нее трудно дотронуться; некоторые кристаллы даже снова плавятся, и это задерживает полное отвердение жидкости.

Искусственный холод. В предыдущем опыте твердый серноватисто-кислый натр расплавился и обратился в жидкость. Мы знаем, что для превращения твердого тела в жидкое, а жидкого в газообразное необходима теплота. Источником теплоты у нас была спиртовая лампочка.

Но можно обратить твердое тело в жидкое, а жидкое в газообразное без внешнего источника тепла, использовав теплоту самого тела. Тогда это тепло, истратив свою теплоту на обращение в другое состояние, должно охладиться. Мы ощущаем холод даже под лучами солнца, когда выходим из воды после купания. Среди лета на самом солнцепеке нам становится холодно при свежем ветре. Почему это? Потому что воде, чтобы испариться, необходима теплота, и она берет эту теплоту из нашего тела, и чем быстрее происходит испарение, тем сильнее вода вытягивает из нас теплоту. Поэтому пары легко испаряющегося винного спирта оставляют на теле более сильное ощущение холода, чем вода. Если голого человека облить эфиром на солнцепеке, в самую сильную летнюю жару, он замерзнет. Сильное испарение дает также одеколон, поэтому он так освежающе действует на кожу.

Если из-под колпака воздушного насоса производить очень быстрое откачивание воздуха, то испарение эфира происходит настолько быстро, что вода, вставленная в пробирке в стакан с эфиром, замерзает.

Нетрудно превратить химическим путем твердое тело в жидкое. При этом иногда значительно понижается температура. Вы часто видели, как обмерзшие и покрытые снегом трамвайные пути посыпают солью, и тогда на них тает ледяная корка. При этом обычно никто не интересуется тем, какова температура жидкой смеси соли и растаявшего снега. Оказывается, что эта смесь холоднее снега, из которого она образовалась. Если быстро и хорошо смешать 1 часть снега с 1¹/₂ части соли, температура смеси станет —12° по Цельсию.

Обратить снег в жидкость и достигнуть при этом сильного понижения температуры можно и другим способом. Возьмите на 1 часть воды 4 части серной кислоты. (Не забудьте, что при этом надо кислоту подливать понемногу в воду, а не наоборот.) С этим раствором серной кислоты смешайте в три раза большее количество снега. Снег обратится в жидкость, причем температура его с 0° упадет до —32°. При быстром смешивании 2 частей снега и 1 части хлористого кальция температура падает до —42,5° по Цельсию, до температуры ниже точки замерзания ртути.

Пользуясь поглощением теплоты при растворении тел в воде, тоже можно достигнуть понижения температуры. Наибольшее охлаждение получается, например, при быстром размешивании 1 части порошка нашатыря в 2 частях холодной воды. Стакан при этом немного запотевает, и рукой можно ощутить охлаждение его.

Очень хорошая охлаждающая смесь получается из 14 частей истолченной глауберовой соли, размешанной в 9 частях азотной кислоты.

Мы укажем сейчас несколько смесей, с помощью которых легко заморозить воду в пробирке. Но при этом соли должны быть хорошо истолчены и размешивать их в растворе надо очень быстро.

Налейте в пробирку воды с температурой +10° по Цельсию и этой пробиркой размешивайте смеси:

1) смесь 1 части азотно-кислого аммония с 1 частью воды понижает температуру до —15° по Цельсию;

2) 1 часть кристаллической соды с 2 частями предыдущего раствора понижает температуру до —13,8° по Цельсию;

3) раствор 5 частей нашатыря и 5 частей селитры в 16 частях воды дает температуру —12° по Цельсию;

4) 8 частей толченой глауберовой соли и 5 частей соляной кислоты охлаждают воду до температуры —17,8° по Цельсию.

Постепенным охлаждением в разных смесях можно добиться еще большего понижения температуры жидких тел. Смеси, которые мы приводили раньше, также пригодны для этого. Но можно взять и другие: например, 2 части снега, смешанные с 3 частями хлористого кальция, понижают температуру до —30° по Цельсию. А если эту смесь в тонкостенном стакане опустить в смесь из 3 частей снега с 2 частями хлористого кальция, тогда оба раствора дадут температуру —42°.

Если таким же образом охлаждать азотную кислоту и снег, температура уже после первого замерзания упадет до —30° по Цельсию. 8 частей снега и 10 частей разбавленной серной кислоты, предварительно охлажденные в такой же смеси, дают при смешении понижение температуры до —55°.

Дальнейшее понижение температуры жидких тел такими путями невозможно, потому что жидкости замерзают. Но для большего понижения температуры есть другие средства.

Искусственный туман. Слово «искусственный», может быть, здесь не вполне удачно, так как наш туман — настоящий, ничем не отличающийся от того тумана, который появляется над сырыми лугами и озерами. Но никто, вероятно, не видел тумана в бутылке, и получить его там — своего рода фокус, но при знании физики фокус нетрудный.

Если вы, производя опыты с охлаждением жидкостей, внимательно следили за ними, вы, должно быть, заметили, как сильно запотевают наружные стенки стаканов и банок, как они покрываются бесчисленным множеством очень мелких водяных капелек. Такое же явление мы часто наблюдаем на стеклах окон, особенно зимой. Откуда берется эта вода? И почему она осаждается на стекле?

Можно сделать только одно предположение: вода эта находилась в воздухе. При этом, конечно, вода была там не в жидком, а в газообразном состоянии. Вода испаряется с поверхностей морей и рек, с земли, с деревьев и трав, но при небольшом понижении температуры пар этот снова превращается в воду. После жаркого дня миллиарды водяных капель оседают в прохладную ночь на траве, кустах и деревьях, на всех предметах. Эти осевшие водяные капли мы называем росой.

Если в теплую комнату внести графин с холодной водой, графин так же покроется росой, как трава на лугу. Если в воздухе много водяных паров, тогда достаточно самого незначительного понижения температуры для образования водяных пузырьков и росы.

Наблюдатели заметили определенную точку (для каждого данного количества паров воды в 1 кубическом метре воздуха), до которой должна понизиться температура для образования тумана и росы. Она называется точкой росы. Эта точка в каждом месте земли изменяется в различные времена года и в различные часы дня.

Как определить точку росы?

Налейте в тонкий стеклянный стакан чуть теплой воды и поставьте его в тень на открытом воздухе. Затем бросьте в воду кусочек льда. Мешайте ее термометром и следите за понижением температуры; при этом следите внимательно за наружными стенками стакана. Вы увидите, что в некоторый момент он начнет покрываться тонким слоем росы. Не прозевайте и заметьте показания термометра. Это и есть точка образования тумана.

Разница между температурой, при которой образовалась роса, и температурой наружного воздуха бывает то больше, то меньше. Но вы увидите, что, если она очень незначительна, самое небольшое дальнейшее понижение температуры вызывает уже образование дождя.

Если барометр стоит низко, а разница температуры наружного воздуха и температуры, при которой запотевает стакан, невелика, можно с уверенностью предсказать дождь. Воздух может стать холодным не только потому, что солнце заволокло тучами. Есть и другие причины.

При нагревании газ разрежается, а когда сжимается, отдает теплоту. Если разрежение происходит без притока теплоты извне, тогда газ расходует на разрежение свою собственную теплоту и охлаждается так же, как рассмотренные нами растворы солей. Если вы сожмете в бутылке газ, температура его повысится. Теперь остудите его, а затем, открыв зажим, сразу дайте ему возможность выйти. Он будет расширяться и вместе с тем охлаждаться. Если сжать в бутылке обыкновенный водяной пар и также дать ему возможность быстро выйти и расшириться, он при этом охладится и тотчас же обратится в дождь или росу.

Интересно, что капельки росы всегда осаждаются на очень мелких предметах (например, весьма малых пылинках).

В чистом воздухе, абсолютно очищенном от пылинок, роса не образуется. Но в обычном воздухе постоянно имеются разные механические примеси, на которых могут оседать водяные капли. Бесчисленное множество капелек, летающих над землей в виде тумана, заслоняет даже свет солнца и делает воздух непроницаемым для зрения.

Но мы уже достаточно много рассуждали; теперь пора перейти к нашему опыту — образованию тумана в бутылке.

Достаньте большую бутылку с пробкой и изогнутой стеклянной трубкой (рис. 52). На эту стеклянную трубку наденьте резиновую так, чтобы можно было через нее вдувать в бутылку воздух.

Рис. 52

Перед тем как закупорить бутылку, зажгите небольшой кусочек серы, подержите над ним бутылку горлышком вниз и дайте серному дыму войти в нее. Этим вы создадите, так сказать, «почву» в воздухе для осаждения водяных пузырьков.

Чтобы сделать воздух в бутылке влажным, достаточно бросить в нее кусочек смоченной промокательной бумаги или, лучше, пропустить через горлышко и прижать пробкой мокрую бумажную полоску так, чтобы она висела в бутылке. Затем вдуньте изо всех сил ртом воздух в бутылку и зажмите резиновую трубку. Держите ее зажатой до тех пор, пока температура воздуха в бутылке не сравняется с комнатной температурой. Теперь сразу откройте зажим резиновой трубки.

Сжатый в бутылке воздух начнет выходить наружу и при этом разрежаться, и вы увидите, как бутылка наполнится таким густым туманом, что даже на улицах Лондона, славящегося своими туманами, наверное, никогда не видели такого. Даже свою руку вы не увидите сквозь бутылку. Если за ней поставить свечу, то, пока тумана нет, она будет ярко светить сквозь бутылку, но, как только появится туман, вокруг огня образуется лучистый круг, точь-в-точь как круг вокруг луны в туманную погоду.

Если опять подуть в бутылку, получится неожиданно интересное явление. Сжатый воздух так нагреется, что пузырьки тумана снова обратятся в пар. Сначала в бутылке образуется туча. Она будет подниматься и опускаться: туман волнуется. Наконец воздух делается чистым и прозрачным. «Погода» в бутылке «прояснилась».

Такой же эффект получается, если поставить бутылку, наполненную туманом, на солнце в комнате. Вы увидите в миниатюре борьбу солнца с утренними туманами и испарениями, накопившимися за холодную ночь.

Вы видели, что при разрежении воздуха происходит охлаждение. Этим именно и пользуются для достижения наиболее низких температур. Достигнуть большого охлаждения домашними средствами почти невозможно, но вам, вероятно, интересно знать, какую низкую температуру можно получить, постепенно разрежая газы.

Представьте себе 5 или 6 стальных шаров с очень крепкими стенками. У каждого шара должен быть кран, устроенный так, что он впускает воздух внутрь, но не выпускает наружу. В эти шары мощными нагнетательными насосами накачивается воздух до давления в несколько сот атмосфер. Шары со сжатым воздухом охлаждаются смесями вроде тех, которыми мы пользовались. Затем открывается кран одного шара, и вырывающийся из него воздух направляется на другой шар. Вырвавшийся из первого шара воздух очень быстро разрежается, температура его понижается, и это сильно охлаждает воздух во втором шаре.

Как только из первого шара выйдет весь сжатый воздух, открывается кран второго шара, и струя сжатого воздуха из него направляется на третий, из третьего — на четвертый и т. д. Таким образом, в последнем шаре получается такая низкая температура, при которой замерзает алкоголь, а некоторые газы, которые с величайшим трудом обращаются в жидкости, превращаются в твердые тела. Так, например, твердым становится углекислый газ. Правда, для обращения в твердое тело углекислого газа достаточно только двух шаров.

В настоящее время пользуются для получения низких температур гораздо более сложными аппаратами, основанными, однако, приблизительно на таком же принципе.

Самая низкая температура, достигнутая до сих пор (голландским физиком Хаазом в 1935 году), — это —272,985° по Цельсию.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.