разное

ЕДИНИЦА ТЕПЛОТЫ

При сжигании топлива — дров, угля, нефти и т. д.—

Выделяется тепло. Этим теплом можно воспользо­ваться для нагревания жидкой воды и превращения её в пар. Пар за счёт своего тепла может совершать работу: поднимать тяжёлый молот, приводить в движение колёса паровоза, вращать винт океанского парохода. Измерять количество теплоты, заключённой в нагретом теле, мы мо­жем по той работе, которую совершает это тело при своём охлаждении. Однако практически оказалось более удоб­ным измерять теплоту особой единицей, которую при же­лании можно легко пересчитать в единицы работы. Усло­вились считать единицей теплоты то её количество, кото­рое необходимо сообщить одному грамму воды, чтобы нагреть его на один градус. Эту единицу, как мы уже го­ворили, называют калорией. Вы видите, что и здесь воде, как носителю определённых тепловых свойств, от­ведено весьма почётное место.

Если поставить холодный утюг на горячую плиту, часть тепла от плиты перейдёт к утюгу, и он нагреется. Получая тепло, вода, как и любое другое вещество, тоже нагревается. Но и здесь вода сохраняет своеобразный ха­рактер: один грамм воды требует для нагревания на один градус значительно больше тепла, чем один грамм лю­бого другого вещества. Равное по весу количество свинца при нагревании на то же число градусов требует тепла в тридцать раз меньше, чем вода, железо — в девять раз, а кирпич примерно в пять раз. Только немногие тела пытаются в этом отношении соревноваться с водой — это дерево, спирт, эфир и некоторые другие; они требуют при­близительно половины того количества тепла, которое нужно для воды. Даже лёд, представляющий собой ту жз воду, только в твёрдом состоянии, требует для нагрева­ния на один градус в два раза меньше тепла по сравне­нию с жидкой водой.

Количество тепла, которое поглощается одним грам­мом того или другого вещества при нагревании его н а один градус, называют у д е л ь н о й т е п л о ё м к о - с т ь ю (величина удельной теплоёмкости воды участвует в очень многих теплотехнических расчётах). И мы можем сказать, что удельная теплоёмкость жидкой воды — са­мая большая среди теплоёмкостей других тел. Здесь вода не проявляет какой-либо аномалии, она только стоит особняком в ряду других веществ и отличается от них лишь в количественном отношении.

Большая теплоёмкость воды имеет огромное значение и в природе и в нашей практической жизни, бывая в од­них случаях выгодной, а в других нежелательной.

Чтобы вскипятить чайник воды на электрической плитке, приходится затрачивать сравнительно много энергии, что совсем невыгодно отражается на показаниях электросчётчика. Но когда мы принимаем ванну, то с удовольствием ощущаем приятную теплоту продолжи­тельное время; имея меньшую теплоёмкость, вода охлаж­далась бы быстрее. Применение водяного отопления зда­ний или, наоборот, охлаждения водой машин также свя­зано, помимо удобства использования воды, с выгодным ее отличием —большой теплоёмкостью.

Большой теплоёмкостью воды в немалой степени опре­деляется и климат нашей планеты.

Теплоёмкость твёрдых пород, составляющих поверх­ность суши, по сравнению с водой мала, и хотя поверх­ность суши поглощает лишь ничтожную долю падающей на неё солнечной энергии, нагревается она очень сильно,— в течение суток температура почвы в некоторых районах может изменяться на десятки градусов. Горные породы и почва плохо проводят тепло, и в основном тепло от суши пе­редаётся воздуху. В летнее время, например, воздух полу­чает тепла от песчаной пустыни в 130 раз больше, а от гра­нита в 75 раз больше, чем от поверхности открытого моря. Теплоёмкость воды, как мы уже знаем, велика. Кроме того, верхние слои морской воды очень подвижны. Мор­ские течения и волны постоянно перемешивают их. В ре­зультате летом вода, хотя и поглощает огромное коли­чество солнечного тепла, остаётся холоднее поверхности суши и нагревает морской воздух слабее, чем суша. Вполне естественно поэтому, что в летнее время над мо­рем воздух прохладнее, чем над материком.

Наступает осень. Суша очень быстро передаёт неболь­шой запас тепла воздуху и в дальнейшем уже не нагре­вает его. Иное дело — водные пространства. Поглотив в летние дни огромные количества солнечного тепла, океаны и моря в течение всей зимы непрерывно подогре­вают воздух. Поэтому зимой на одних и тех же широтах температура воздуха над морем много теплее, чем в глу­бине материка.

Неравномерное нагревание суши и моря приводит к одному важному явлению в жизни нашей атмосферы. Жители прибрежных стран уже давно заметили, что ле­том ветер в нижних слоях атмосферы дует с моря, а в зимние месяцы — с суши. Это и понятно. Ведь летом воздух над морем прохладней, чем над сушей. Чем хо­лоднее воздух, тем он плотнее. Поэтому и давление его больше, чем давление тёплого воздуха. Благодаря этому морской воздух устремляется на сушу, к слоям с более высокой температурой и вытесняет их вверх. Зимой кар­тина обратная: холодный воздух суши течёт к морю — к слоям менее плотного воздуха. Такие ветры называются муссонами (от арабского слова, означающего сезон). Они существенно смягчают климат не только побережья, но и районов, расположенных далеко от моря.

Море в значительной степени сглаживает температур­ные колебания на суше в течение года. Это хорошо можно проследить на разнице между средними зимними и лет­ними температурами для различных районов Советского Союза, климат которого в значительной степени смяг­чается Атлантическим океаном. Чем дальше от океана, тем больше эта разница. Для Ленинграда, Минска, Киева, например, она составляет около 25 градусов, для Архан­гельска, Москвы, Воронежа и Ростова — около 30 гра­дусов, для Урала, Средней и Нижней Волги — 35 граду - сов, а для Чкалова и Уральска — почти 40 градусов.

Самая большая на всём земном шаре разница между средними зимними и летними температурами наблю­дается в северо-восточной части Сибири — в Якутии. В Якутске она равна 62,3 градуса, а в Верхоянске 65,9 градуса, несмотря на близость Тихого океана. Объ­ясняется это тем, что Якутия получает от океанов наи­меньшее количество тепла. От Атлантического океана она находится очень далеко, с юга и востока её отделяют от Тихого океана высокие горные цепи, а с Северного Ледовитого океана в Якутию поступает холодный воздух. Поэтому в районе Верхоянска бывают и самые сильные морозы — до минус 70 градусов.

О смягчающем влиянии Чёрного моря говорит неболь­шая разница между средними зимними и летними тем­пературами на Черноморском побережье: в Симферополе разница составляет 22,6 градуса, в Ялте — 20,4 градуса, а в Сочи всего 17,5 градуса.

Искусственные водоёмы и моря, создаваемые теперь в нашей стране, также окажут смягчающее влияние на климат. В воздухе над районами, где будут водоёмы и моря, станет больше водяных паров. Воздушные потоки, несущие к нам влагу с Атлантического океана и зачастую проливающие её не доходя до Волги, в скором времени будут поить дождями пустыни Казахстана, где теперь не бывает осадков в течение целого лета.

Дальнейшее знакомство с поведением воды при нагре - вании сталкивает нас ещё с одной её особенностью.

Как правило, теплоёмкость тела — величина не по­стоянная. Она возрастает по мере повышения темпера­туры. Чем выше температура, тем больше надо сообщить телу тепла, чтобы нагреть его ещё на один градус. Исклю* чением из этого правила снова является вода.

Действительно, при нагревании воды от нуля градусов её теплоёмкость не возрастает, как у других тел, а падает. При температуре около 27 градусов теплоёмкость воды достигает своего наименьшего значения; она меньше тепло­ёмкости при нуле градусов примерно на один процент. При дальнейшем нагревании теплоёмкость начинает расти, и этот рост продолжается даже при температуре выше ста градусов (когда вода нагревается под давлением).

Такая сложная зависимость между теплоёмкостью и температурой установлена лишь для немногих веществ.

А как же быть теперь с единицей теплоты — калорией? На стр. 22, устанавливая, что такое калория, мы ни словом не обмолвились о температуре. Очевидно, это определение было неверным или, во всяком случае, не­точным. В самом деле, для нагревания воды от 5 до 6 гра­дусов надо сообщить воде тепла на 0,7 процента больше, чем при нагревании от 20 до 21 градуса. Эта величина небольшая, но тем не менее при точных научных расчё­тах её необходимо учитывать. Поэтому за калорию усло­вились принимать такое количество тепла, которое погло­щается одним граммом чистой воды при нагревании от температуры 14,5 до температуры 15,5 градуса. Эта еди­ница тепла очень близка к среднему значению теплоёмко­сти, измеренной при нагревании воды от 0 до 100 гра­дусов: если всё тепло, затраченное на нагревание одного грамма воды от 0 до 100 градусов, разделить на число градусов, то-есть на 100, то получится величина, очень близкая к выбранной калории. Эту калорию обычно на­зывают пятнадцатиградусной калорией.

Чтобы получить представление о калории как единице теплоты, приведём несколько цифр. При сжигании одного килограмма керосина выделяется 11 000 000 калорий, при сжигании килограмма дров — около 4 500 000, спирта — 7 100 000 калорий. Как видно, цифры получаются весьма большие; следовательно, выбранная единица очень мала. На практике обычно пользуются единицей теплоты в ты­сячу раз большей, и называют эту единицу большой калорией. Таким образом, теплотворная способность керосина составляет 11 000 больших калорий, дров — 4500, а спирта — 7100 больших калорий (теплотворная способность — это количество тепла, выделяемое при сжигании одного килограмма вещества).