Горизонты техники для детей, 1964 №10

Физика вокруг нас

Мы с вами уже говорили, что температура каждого тела является показателем сложных явлений, происходящих за кулисами нагретой (или охлажденной) материи.

За кулисами, значит недоступно для наших ощущений, для нашего созерцания. Ибо ни в каком увеличении мы не сможем увидеть молекулы материи, совершающие непрерывное движение. Результатом движения совокупности всех молекул является именно температура.

Всё это кажется странным и невероятным, не говоря уже о том, что трудно себе представить движение молекул тела, находящегося в состоянии покоя. Но даже не видя движения, мы легко можем убедиться в его существовании. Достаточно, например, в одном углу комнаты открыть флакон с духами, чтобы через некоторое время почувствовать в другом углу запах духов. Это очевидное свидетельство движения в воздухе молекул духов.

Свобода каждого движения весьма ограничена: меньше всего ограничена в газах, больше всего в твердых телах. Жидкости в этом отношении находятся между газами и твердыми телами. Как видите, ребята, три состояния материи: твердое, жидкое и газообразное — это одновременно три категории свободы движения молекул.

Газы заполняют любое доступное им пространство. Движения частичек газа ограничиваются только стенками сосуда, например, в котором они находятся.

Жидкости принимают форму сосуда, но в отличие от газа имеют постоянно одинаковый объем и не могут «расползтись» по всему сосуду. Следовательно, молекулы жидкости движутся только в пространстве, занятом жидкостью.

И, наконец, твердые тела характеризуются определенной формой, которая не изменяется, если, конечно, нет добавочных воздействий. Кажется, что частицы твердого тела постоянно находятся в состоянии покоя, то есть не перемещаются. Ведь каждое перемещение должно было бы привести к самопроизвольному изменению формы, а мы знаем, что ничего подобного в твердых телах не наблюдается.

Частицы твердого тела в самом деле не могут совершать таких далеких путешествий, как частицы газа или даже жидкостей. Но всё же и они не остаются неподвижными. Их движение заключается в непрерывном колебании вокруг некоторого среднего положения в одну и в другую сторону. В этом они напоминают качели, прикрепленные к неподвижному крюку.

Все эти ненужные на первый взгляд рассуждения помогут вам, ребята, правильно понять многие явления природы.

Возьмем к примеру испарение воды. Вода, как и многие другие тела, может изменять свое состояние, превращаясь в газ (водяной пар) или в твердое тело (лед). При нагревании — воды движение её молекул становится всё более быстрым. Чем выше температура воды, тем больше в ней таких молекул, скорость которых, а следовательно, и энергия вполне достаточна для того, чтобы они могли вырваться из своей среды. При температуре 100 °C молекул с большой скоростью довольно много. Поэтому вода бурно кипит.

Подобное явление происходит при плавлении какого-либо твердого тела, например, металла. Его молекулы под влиянием нагрева приходят в быстрое движение. Если опять-таки придерживаться сравнения с качелями, то можно сказать, что качели под влиянием сильного раскачивания сорвались с крюков, на которые были подвешены.

Состояние твердого тела зависит от рода вещества и его температуры. Металл вольфрам, например, остается твердым телом до температуры 3390 °C. Только при более высоких температурах он переходит из твердого состояния в жидкое, а при температуре 5900 °C вольфрам становится газом. Вольфрам считается одним из самых тугоплавких металлов, что имеет большое значение в технике. Он применяется благодаря своей тугоплавкости для изготовления спиралей осветительных лампочек накаливания.

К числу тел, легко, переходящих из жидкого состояния в газообразное и твердое, относится вода. От остальных, легко изменяющих свое состояние тел, её отличает следующее: все тела, замерзая (то есть переходя в твердое состояние), становятся тяжелее, лед же легче воды.

В доказательство сказанного предлагаю вам, ребята, проделать следующий простой опыт (правда, не всегда удается достичь высокой точности при выполнении такого рода экспериментов): Возьмем два кубика: один из воска, а второй изо льда, объемом 1 дцм³. Положим эти кубики на дно одинаковых сосудов. Начнем подогревать сосуды на небольшом огне. Что получится? Хотя объем обоих кубиков первоначально был одинаковым (1 дцм³ = 1000 см³), после расплавления воск займёт немного больший объем, чем 1 дцм³, а расплавленный лед — вода — меньший объем.

Это явление имеет большое значение и в технике и, конечно, в природе. Ибо, если лед по объему больше, чем вода, из которой он образовался, следовательно его удельный вес меньше удельного веса воды. Поэтому лед свободно плавает по воде, а реки и озера начинают замерзать сверху.

Думаю, что не стоит говорить вам об огромном значении этого явления для жизни подводного животного мира.

Но нет худа без добра. О добре мы уже сказали, а худо заключается в том, что зимой, например, замерзающая в трубах вода, часто разрывает трубы, если они специально не были предохранены.

Температура замерзания, плавления и испарения в значительной степени зависит и от давления. Рассмотрим это явление опять на примере воды.

Вода замерзает при температуре 0° при нормальном давлении, равном 760 мм ртутного столба. При более высоком давлении, но при той же температуре (0 °C) вода не замерзает.

Возьмите зимой рукавицей немного снега и крепко сожмите его в кулаке. На рукавице вы увидите следы влаги. Они образовались потому, что мелкие кристаллики снега растаяли под увеличенным давлением, а не от теплоты ладони, поступлению которой препятствовала рукавица.

Понижение температуры воды достигается также растворением в ней поваренной соли. Если в десяти объемах воды растворить один объем соли, то температура замерзания воды понизится до —6 °C. Зимой поэтому часто на улицах видны лужи в местах, посыпанных солью, несмотря на сильный мороз.

О влиянии давления на температуру кипения вы убедитесь, прочитав «Наш физический кабинет». Напомню лишь, что при нормальном давлении вода кипит при 100 °C. Чем меньше давление, тем ниже температура кипения и, наоборот, при большем давлении выше температура кипения.

Не случайно в современных автомобилях вода находится в радиаторах под повышенным давлением. В результате она закипает при температуре немного выше 100 °C.

* * *

_{1. С какого времени (месяц, год) ты читаешь наш журнал:…}

_{2. Что больше всего нравится тебе в журнале:…}

_{3. Какие из постоянных разделов журнала ты нам советуешь сохранить (подчеркни) — филателия в мире; физика вокруг нас; по земле, воде и воздуху; наш физический кабинет; химия в нашем доме; химические рецепты; уголок младшего конструктора; техническая загадка. Какие из них на твой взгляд нужно расширить…}

_{и какие устранить…}

_{4. Какие рассказы, сообщения, самоделки и опыты тебя больше всего заинтересовали…}

_{5. Кого из авторов ты больше всего любишь…}

_{6. Какие самоделки, модели и приборы, описанные в журнале, ты изготовил своими руками:…}

_{или с помощью родителей и старших товарищей:…}

_{7. Какие рисунки или обложки журналов ты находишь самыми хорошими и почему:…}

_{№ журнала… год… страница…}

_{8. Твои пожелания, замечания и предложения журналу:…}

_{СВЕДЕНИЯ О ЧИТАТЕЛЕ:}

_{Фамилия, имя…}

_{Возраст… лет. Учени… класса…}

_{В каком техническом кружке занимается:…}

_{Занятие родителей…}

_{… линия сгиба …}

_{… линия сгиба …}

_{г. МОСКВА ул. Кирова, 26-а}

_{МОСКОВСКИЙ ПОЧТАМТ АБОНЕМЕНТНЫЙ ЯЩИК 1045}

_{ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВО РЕДАКЦИИ ЖУРНАЛА «ГОРИЗОНТЫ ТЕХНИКИ ДЛЯ ДЕТЕЙ»}

_{Место для марки}

_{Адрес отправителя:}

_{… место склеивания …}