Горизонты техники для детей, 1964 №10

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.

* * *