разное

НЕВИДИМЫЙ ПЕРЕНОСЧИК ТЕПЛА

Ы установили, что лёд, плавясь, поглощает огромное количество тепла. Такое же количество тепла отдаёт вода при замерзании. Если бы вода имела небольшую теп­лоту плавления, то наши реки, озёра и моря, вероятно, застывали бы после первых же заморозков.

Итак, к большой теплоёмкости воды прибавилась ещё одна замечательная особенность — большая теплота плав­ления.

Следующая особенность воды, мимо которой мы не мо­жем пройти ввиду её исключительной важности, ка­сается перехода жидкой воды в пар. Продолжим дальше опыт, начатый со снегом (стр. 26). После того как весь снег превратится в воду, поставим нашу чашку на го­рячую плиту и будем наблюдать за термометром. Вода станет нагреваться, и ртуть термометра поползёт вверх. С ровной спокойной поверхности воды выделяется пар. Он невидим, но его легко обнаружить, если поднести к поверхности воды сравнительно холодный предмет, на­пример зеркало: пар охладится и сгустится в мельчайшие капельки, которые затуманят поверхность зеркала. То же самое бывает и с горячим паром, вырывающимся из от­верстия в крышке чайника при кипении воды. Струя пара вблизи самого отверстия горяча и невидима, но на неко­тором расстоянии от отверстия пар уже успевает охла­диться воздухом, и мы хорошо видим струю тумана.

Когда термометр покажет 100 градусов, вода закипит. Вначале преимущественно на стенках сосуда, а затем и по всей массе воды образуются мелкие пузырьки пара, которые быстро вырастают в объёме и, как более лёгкие, всплывают наверх. Когда пузырьки пара начинают сильно перемешивать воду, мы говорим: вода кипит ключом.

Пока вся вода не выкипит, ртуть в термометре не сдвинется с места.

Для перехода одного грамма воды в пар при темпе­ратуре 100 градусов требуется 538 калорий. Эта энергия, сообщаемая воде в виде тепла, носит название теплоты парообразования.

На что же расходуются эти 538 калорий?

Представим себе такой опыт. В трубку длиной около двадцати метров, запаянную с одного конца, до уровня в 1 сантиметр налита вода при температуре 100 граду­сов. Вообразим, что на поверхности воды лежит невесо­мый поршень, который движется в трубке без трения и совершенно не пропускает пара. Станем нагревать воду до тех пор, пока она вся не испарится; при этом она погло­тит 538 калорий тепла. Когда испарение будет закон­чено, поршень поднимется больше чем на 16,5 метра вверх! Значит, при переходе жидкой воды в пар объём её увеличился в 1650 раз (точнее — в 1653 раза). Но чтобы тело могло расшириться, оно должно отвоевать себе для этого место, должно преодолеть давление воздуха. На это затрачивается определённая работа, так называемая работа расширения. При испарении одного грамма воды эта работа, выраженная в тепловых едини­цах, составит около 43 калорий.

Но ведь мы знаем, что теплота парообразования для воды равна 538 калориям. Куда же идут остальные 495 калорий? Они необходимы для разъединения связан­ных между собой в жидкой воде молекул на отдельные свободно движущиеся молекулы пара. Это лишний раз указывает на то, что в жидкой воде молекулы образуют какие-то прочные постройки, — для разрушения их дол­жна быть затрачена значительная энергия.

Расход тепла на образование пара из воды легко ощу­тим. Намочите руку и помашите ею в воздухе — вы по­чувствуете прохладу. После купанья стоять мокрому на берегу, да ещё при ветре, неприятно; мы стараемся бы­стрее вытереться полотенцем, чтобы влага не испарялась с нашего тела и не отнимала от него тысячи калорий.

Смоченная спиртом или эфиром рука ощущает осо­бенно резкий холод. Хотя и спирт и эфир имеют сравни­тельно небольшую - теплоту испарения, но температуры кипения этих жидкостей низки: у спирта 78,3 градуса, а у эфира 35,6 градуса. Поэтому спирт и эфир испаряются во много раз быстрее, чем вода.

Надо заметить, что вода испаряется при всякой тем­пературе. Оставьте в комнате на тарелке немного воды — за день она может испариться вся. Испаряется не только вода, но и снег, и лёд и даже при температуре значительно ниже нуля градусов. Ведь сушат же на морозе бельё. Правда, оно сохнет медленнее, чем летом. Чем выше тем­пература, тем быстрее испаряется вода.

Сравним теперь теплоты парообразования различных веществ. Чтобы перевести в пар один грамм ртути, нужно затратить 68 калорий; удельная теплота парообразования спирта равна приблизительно 200 калориям, эфира — 90, бензола — 94, скипидара — 70 и т. д. Мы видим, что и здесь вода стоит обособленно среди других жидкостей.

При переходе пара в воду теплота парообразования полностью выделяется и может быть использована. Кто работает или бывал на заводах и фабриках, тот знает, как широко применяется пар для нагрева. На некоторых заводах паровые трубы образуют столь сложную сеть, что в ней может разобраться только хорошо знающий данное производство человек. Сотни парообогревателей различных Конструкций выполняют важную роль в общем технологическом процессе.

На рисунке 6 показаны две самые простые установки для нагрева жидкостей: одна — змеевиком, другая — па­ровой «рубашкой». Пар, омывая холодные стенки, отдаёт им свою теплоту парообразования, а сам превращается в воду — конденсат.

Испарение воды имеет огромное значение в природе. Как уже говорилось, со всей поверхности земного шара ежегодно испаряется около 400 тысяч кубических кило­метров воды. Для испарения этой воды расходуется огром­ное количество солнечного тепла. Чтобы получить столько тепла, надо сжечь десять миллиардов тонн каменного угля!

Представим себе, что где-нибудь в районе экватора с поверхности океана испарилась вода. Образовавшиеся пары вместе с воздухом поплыли над поверхностью Землй и достигли, например, средних широт, где уже не так тепло. В этих условиях пар станет конденсироваться, то - есть превращаться в воду, и выделять теплоту испарения, запасённую на юге, нагревая ею прежде всего воздух, а через него почву и все окружающие предметы. Учесть количество тепла, которое переносят пары воды с одного

Места земного шара в другое, не представляется возмож­ным; во всяком случае для перевозки соответствующего количества топлива потребовалось бы, вероятно, такое ко­личество транспортных средств, которым человечество ещё не располагает.

Пары воды и облака, всегда имеющиеся в нашей атмо­сфере, играют ещё и другую роль. В сильной степени по­глощая тепловые лучи, идущие от поверхности Земли в мировое пространство, они укрывают Землю как бы одеялом, предупреждая интенсивное рассеяние тепла, С другой стороны, водяные пары и облака защищают Землю от излишнего перегрева Солнцем.