Горизонты техники для детей, 1964 №9

Как вы все, ребята, знаете при измерении температуры используется предложенная Цельсием шкала. Ноль градусов Цельсия соответствует температуре замерзания воды. Но при нуле градусов молекулы еще довольно быстро движутся, а многие жидкости вовсе и не замерзают. Только при абсолютном нуле, которому соответствует температура -273 °C, нет движения молекул, то есть любое тело лишено тепловой энергии.

Энергия может изменять свое состояние. Например, тепловая энергия может переходить в механическую и наоборот. В этом смысле она похожа на актера, который выступает ежедневно в различных ролях: то в роли короля, то в роли нищего и т. п.

Свойство перехода энергии из одного состояния в другое люди заметили давно и использовали уже в каменном веке, разжигая костры при помощи заточенной палки, которой они как бы сверлили доску.

Если палка была достаточно тонкой, а вращение быстрым, в месте трения выделялось много тепла. Палка загоралась. Механическая работа здесь превращалась в тепловую, а тепло в свою очередь зажигало палку, то есть начинался уже новый процесс превращения энергии.

Не думайте, однако, что получать таким образом огонь легко. Первобытные люди в отношении силы и опыта в получении путем трения огня значительно превосходили нас, привыкших к спичкам, зажигалкам и другим чудесам техники.

Убедиться в том, что механическая энергия переходит в тепловую, можно очень просто, потирая, например, ладонью о ладонь.

Возьмем, к примеру, движущийся автомобиль, который имеет какую-то скорость и массу. Чтобы его остановить, надо лишить автомобиль его энергии, называемой кинетической (от греческого слова КИНЕТИКОС, что означает движущийся). Но ведь энергию нельзя уничтожить; её можно только перевести из одного состояния в другое. Здесь, в данном случае, нам на помощь приходит процесс перехода механической энергии в тепловую. Тормоза, нагреваясь от трения неподвижной и подвижной поверхностей, отдают тепловую энергию в окружающую атмосферу.

Несравнимо большее значение в практике имеет превращение тепловой в механическую энергию. Огромное количество паровых двигателей и двигателей внутреннего сгорания превращают тепловую энергию, содержащуюся в горючем, в механическую.

Превращение тепла в работу — это довольно сложный процесс. Работу превратить в тепло можно всегда, а тепло в работу — только при определенных обстоятельствах.

Прежде чем рассмотрим этот интересный процесс, представим себе, что было бы, если бы тепло переходило в работу при любых условиях? Тогда огромные количества тепловой энергии, имеющиеся в нагретой солнцем воде морей и океанов, превратились бы в механическую энергию. Охлажденные за счет этого моря и океаны вновь нагревались бы. Так было бы до тех пор, пока светило бы Солнце.

Вернемся к действительности. Все мы знаем, что по физическому закону нагреваться могут только холодные тела от более теплых, то есть от тел с большей температурой. В процессе такого нагревания тепло может совершать работу. А ведь температура океанов невелика, значит и не может быть большой работы.

Чтобы лучше понять этот вопрос, давайте рассмотрим работу двигателя внутреннего сгорания. В цилиндре двигателя сгорает смесь бензина с воздухом, в результате чего создается большое количество тепла. Нагретый в цилиндре воздух имеет большее давление, чем холодный окружающий, и разница этих давлений приводит в движение поршень цилиндра. Чем больше разница давлений, а следовательно, и температур, тем больше работа, совершаемая поршнем.

Теперь вам понятно, что так сильно нагреть воздух океаны не смогут.

На этом не кончаются все сложности перехода тепловой энергии в механическую. В двигателе, например, не всё тепло превращается в работу: часть его в виде газа выходит наружу, в атмосферу.

АРС

Наш физический кабинет

Давайте проделаем вместе с вами, ребята, два простых опыта по превращению работы в тепло и тепла в работу.

Положите металлический стержень на наковальню или на большой камень и быстро и сильно ударяйте по стержню молотком. Через некоторое время стержень разогреется. В данном случае работа превратилась в тепло.

А теперь возьмем пробирку, нальём в неё до половины воды и плотно закупорим пробкой. Пробку предварительно смажем вазелином. Подержим пробирку над пламенем спиртовой горелки. Мы вскоре заметим, что пробка начнет медленно передвигаться вверх, а при более длительном нагревании с шумом вылетит. Этот опыт подтверждает закон перехода энергии из одного состояния (тепла) в другое (работу).

Во время последнего опыта будьте осторожны.

АРС

Химия в нашем доме

Как сделать стеклянные трубки для наших опытов

Для наших химических, да и не только химических опытов требуются часто различной формы стеклянные трубки. Сегодня мы научимся с вами изготовлять всевозможной формы трубки, из которых можно построить сложную химическую аппаратуру для нашей химической лаборатории.