4.86. Термодинамика аптечной резинки

Быстро растяните аптечную резинку, держа ее над верхней губой (поверхность кожи используется здесь как термометр). Почему резинка нагреется настолько, что вы это почувствуете? Все еще растянутую резинку отведите подальше от губы и подержите так несколько минут. Затем поднесите ее обратно к губе и сведите пальцы, чтобы резинка быстро сжалась. Почему она становится прохладной?

ОТВЕТ • Молекулы резины, из которой сделана аптечная резинка, представляют собой длинные цепочки, изогнутые и перепутанные, как спагетти на тарелке. Когда резинку растягивают, эти молекулы распрямляются, а часть работы, затраченной на растяжение, переходит в тепловое движение молекул. Тепло, которое вы ощущаете на губах, обязано более интенсивному тепловому движению этих молекул. Если резинка сжимается, работу совершают молекулы резины: они опять изгибаются и перепутываются. Эта работа совершается за счет энергии теплового движения, а следовательно, чувствуется, что резинка стала холоднее.

Если аптечную резинку нагреть, дополнительная тепловая энергия позволяет молекулам перепутаться еще сильнее, и поэтому резинка укорачивается. Когда она охлаждается, уменьшение тепловой энергии молекул означает, что тесно переплестись они не могут, и поэтому резинка становится длиннее.

Тот факт, что резина сжимается при нагревании и растягивается при охлаждении, можно положить в основу некоего устройства, но, к сожалению, это будет только игрушка. Установим колесо так, чтобы оно вращалось вокруг оси, проходящей через его центр. Вторую ось сместим относительно оси вращения, а круглую резинку, растянув, протянем от второй оси так, чтобы она охватывала колесо по периметру. Теперь опустим колесо в таз с теплой водой на глубину, равную его радиусу. Тепло, полученное от воды, приведет к тому, что погруженный в воду кусок резинки сожмется, и колесо медленно повернется. Когда резинка окажется над водой, сжатый участок охладится и удлинится, а оказавшись опять под водой, сожмется, и колесо вновь провернется.