НЕМНОГО ФИЗИКИ
Г| риходилось ли вам когда-нибудь накачивать воздух “ в камеры велосипеда? Если приходилось, вы, вероятно, обратили внимание, что шины при этом немного нагреваются. Здесь происходит весьма распространённый в природе переход механической энергии в тепловую. Часть работы, которую мы затрачиваем на сжатие воздуха в шине, превращается в теплоту, и температура сжимаемого воздуха повышается.
Попробуйте теперь сделать такой опыт. Возьмите бутыль, наполненную на одну треть водой. Плотно закройте её горлышко пробкой, сквозь которую пропущена трубка
|
Рис. 1. Опыт, позволяющий обнаружить охлаждение газа при его расширении. |
От резиновой груши. Сдавите грушу рукой. При этом воздух в бутыли сожмётся и нагреется. Выждите немного и быстро отпустите грушу. Тогда воздух расширится до прежнего объёма, и пространство над жидкостью наполнится туманом (рис. 1). Почему это получилось? При расширении воздух охладился, и часть пара, образовавшегося из воды, превратилась в мельчайшие капельки воды, сконденсировалась.
Но почему же при расширении воздух охлаждается?
Если для сжатия газа затрачивает работу человек или машина, то при расширении работу совершает сам газ за счёт заключённой в нём тепловой энергии. Такое превращение тепловой энергии в работу, сопровождаемое понижением температуры, тоже широко распространено в природе.
Расширение любого сжатого газа можно провести двумя путями. Можно, например, взять баллон, наполненный сжатым воздухом, и постепенно выпускать воздух через кран. Какую же работу совершает в этом случае газ? Он преодолевает силы сцепления между молекулами и трение молекул воздуха о стенки крана. Однако таким путём добиться большого охлаждения газа нельзя. Он совершает слишком мало механической работы.
Попробуем теперь заставить тот же расширяющийся воздух двигать поршень небольшого воздушного моторчика. В этом случае газ, совершая уже значительную механическую работу, охладится настолько, что наш моторчик почти мгновенно покроется инеем, а отработанный воздух будет выходить из него в виде дымящейся струи: температура воздуха настолько сильно понизится, что содержащаяся в нём влага сконденсируется, превратится в мельчайшие капельки воды.
Эти два способа расширения сжатого газа — простое расширение и расширение с преодолением значительного внешнего сопротивления — и послужили основой современных промышленных способов ожижения газов, в том числе и воздуха.
