Как NASA показало Америке Луну

Шкала Фаренгейта определяет точку замерзания воды как 32 град. F, а точку кипения — как 212 град. F. Нельзя не признать, что шкала эта неудобная, и в ней трудно вести расчеты. В шкале Цельсия за ноль принимают температуру замерзания воды, а за 100 град. С — температуру ее кипения. Существует еще шкала Кельвина (К), начало отсчета которой — абсолютный ноль температуры (- 273 град. С). Единицей измерения в ней является Кельвин, равный градусу Цельсия.

Теплопередача — процесс, с помощью которого молекула передает тепловую энергию другой молекуле.

Все материалы проводят тепло. Но металлы это делают гораздо лучше, нежели неметаллы, жидкости — лучше, чем газы, текучая материя — лучше, чем твердая. Большинство органических материй плохо проводит тепло, а вакуум — самый худший из всех в этом отношении.

Теплоизолятор — любой материал, плохо проводящий тепло.

Лучшие теплоизолирующие материалы лишь замедляют процесс теплопередачи. Человек в современном костюме пожарного может смело шагнуть в пламя и выжить. Однако он в безопасности, только пока шланги поливают его охлаждающей водой, чтобы отвести тепло. Если водяной насос откажет, у пожарного будет лишь несколько секунд для спасения своей жизни.

Вакуум — лучший теплоизолятор, потому что состоит «из ничего». У него есть лишь несколько атомов или молекул, которые можно «взбудоражить». Лучшее применение этому свойству — сосуд Дьюара, используемый в криогенике, а также его бытовой аналог — обычный термос.

Принцип работы термоса прост. По сути, это один сосуд из сверхтонкого стекла внутри другого, оба герметично запаяны, и из пространства между ними выкачан воздух. Кроме того, внутренняя и внешняя поверхности сделаны зеркальными, что предотвращает потерю тепла излучением — оно просто отражается внутрь сосуда. Сверху эта конструкция закрывается пробкой, которая также является хорошим теплоизолятором. Качественный термос может сохранять изначальную температуру очень горячих или, наоборот, ледяных напитков в течение многих часов, в зависимости от температуры окружающей среды.

Тепловое излучение — передача тепловой энергии электромагнитными волнами.

Единственный способ передачи тепловой энергии через вакуум — это излучение. Для вычисления количества тепла, излученного или принятого телом, используется закон Стефана-Больцмана:

 I (ватты) = e × a × A × K4,

где е — коэффициент излучения (равен 0,5 в нашем случае), а — постоянная Стефана-Больцмана (равная 5,6703x10E-8), А — площадь в квадратных метрах, К- температура в Кельвинах.

Тепло, излучаемое с единицы площади поверхности, пропорционально четвертой степени абсолютной (по Кельвину) температуры этой поверхности. Как мы знаем, «четвертая степень» числа означает, что это число должно быть помножено на себя 4 раза. Например, четвертая степень числа 2 равняется 16 (2 х 2 х 2 х 2), а четвертая степень числа 3 равна 81 (3 х 3 х 3 х 3). Число 3 в 1,5 раза больше числа 2. Однако четвертая степень числа 3 в пять с лишним раз больше четвертой степени числа 2 (81/16 = 5,0625). Таким образом, тело с температурой поверхности 3 К излучает в 5 раз больше тепла, чем тело с температурой 2 К. Чем выше температура, тем ниже это соотношение.

Количество излучаемого тепла также зависит от коэффициента излучения и колеблется в пределах от 0 до 1. Идеальный излучатель — это 1, идеальное зеркало — это 0, поскольку оно отражает все падающее на него тепло. При этом коэффициент остается тем же, независимо от того, поглощается тепло или излучается.

Формула Стефана-Больцмана позволяет получить численное выражение в ваттах, которые, умножив на 860, можно перевести в калории — тепловую величину, которая нам привычнее.

Температура поверхности Солнца составляет 6000 К. Излучаемая энергия при такой температуре просто колоссальна. Используя закон Стефана-Больцмана, мы получаем, что 73 487 090 Вт на квадратный метр передается в космос. После прохождения почти 150 миллионов км до Земли это значение падает до 1353 Вт на квадратный метр у границ атмосферы (8, с. 316).

Кипение — испарение жидкости путем подведения тепла.

Когда мы кипятим любую жидкость, мы получаем пар этой жидкости. Наряду с осязаемым теплом (которое можно измерить и термометром), каждый грамм пара содержит большое количество неосязаемого тепла, которое называется теплотой испарения. Если пар физически удалять с места испарения, оставшаяся жидкость охлаждается. Температура кипения жидкости в большой степени зависит от давления окружающей среды. На горной вершине, где атмосферное давление ниже, вода закипает при более низкой температуре. Температура замерзания жидкости также зависит от давления, но в гораздо меньшей степени.