Физика для любознательных. Том 1. Материя. Движение. Сила - [57]

Предположим для примера, что в очень простом опыте вы записали: «Термометр погрузили в горячую воду. Вижу, как ртуть поднимается по трубке». Вы можете перейти к выводу: «Я заключаю, что (или «я делаю вывод, что…», или «таким образом….») ртуть расширяется при нагревании»[58]). Но можно попытаться объяснить наблюдение, сказав: «Это происходит потому, что ртуть расширяется при нагревании».

Обе записи выглядят почти одинаковыми, но при втором варианте логика исследования полностью пропадает. Пожалуйста, избегайте таких «объяснений» здесь, даже если вы в них уверены, и притворитесь, что вы знаете только то, что можете извлечь из вашего эксперимента.

Вообще говоря, некоторые из этих опытов предоставляют большие возможности для самых разнообразных выводов.

Опыт 6(а). Опыты по выбору.

Вооружитесь горелкой Бунзена, стеклянным стаканом, пробирками, образцами металлической проволоки (железо и медь), стеклянным стержнем, красителем (кристаллы марганцевокислого калия). Можете попросить и другие необходимые для вашего исследования принадлежности. Выясните все, что сможете, о «путешествии», или передаче, тепла.

Подготовленные опыты. Закончив эксперименты с веществами, указанными выше, проделайте опыты 6(а) и 6(в) и т. д. Хотя они снабжены подробными инструкциями, в них мало сказано о том, что следует искать, и еще меньше о том, какие нужно сделать выводы. В своей записи делайте заметки о том, что вы делаете и что наблюдаете. Затем сделайте выводы и постарайтесь вывести как можно больше следствий, даже если некоторые из них покажутся просто догадками.

Опыт 6(б). Опыты с водой. Нагрейте в пробирке из стекла пирекс немного воды. Чтобы заметить движение воды, на дно пробирки осторожно опустите кристалл марганцевокислого калия. Кристалл почти не оставит следа, но если в воде появится какое-нибудь движение, поток около кристалла будет окрашиваться и станет видимым.

Проведите два опыта, каждый раз держа пробирку пальцами за один конец и нагревая другой конец над пламенем горелки. Возьмите пробирку у верхнего уровня воды, но не выше (фиг. 93, а). Нагревайте дно над пламенем до тех пор, пока пробирку еще можно держать руками. Наблюдайте за распространением окраски.

Осторожно охладите пробирку и снова заполните холодной водой. В успокоившуюся воду осторожно опустите кристаллик марганцевокислого калия. Держа пробирку за дно, нагревайте ее над пламеней точно под поверхностью воды (фиг. 93, б). Продолжайте нагревание как можно дольше и наблюдайте за окраской.

Запишите наблюдения. Сделайте выводы.

Фиг. 93. Опыт 6(б).

Опыт 6(в). Сравнение теплопроводностей (демонстрация). Посмотрите опыт («прибор Ингена-Хауза»), который позволяет провести грубое сравнение теплопроводностей различных веществ. Длинные стержни одинаковой формы, сделанные из разных материалов, подвешены к обогреваемому паром ящику (фиг. 94). На каждый стержень надето подвижное металлическое кольцо.

Чтобы кольцо не соскакивало, стержни покрыты парафином (свечным воском). Заметьте положение колец на стержнях в конце опыта; это положение соответствует тому месту стержня, где температура равна температуре плавления воска. Температура верхних концов стержней равна 100 °C.

Это неточный опыт. Теплопроводность не пропорциональна длине расплавленного участка. Для грубой оценки можно принять, что теплопроводность пропорциональна квадрату длины расплавленного участка[59].

(Скорость, с которой кольцо опускается по стержню, зависит от теплоемкости металла стержня в той же мере, в какой она зависит от теплопроводности, поэтому для сравнения теплопроводности нельзя использовать начальные стадии опыта.)

Фиг. 94. Опыт 6(в).

Опыт 6(г). Горячие газы в пламени (демонстрация). С помощью небольшого источника света, например дуги, получают тень от пламени горелки Бунзена. Наблюдайте происходящее. Попробуйте получить тень от других пламен.

Опыт 6(д). Прохождение излучения через воздух. В качестве источника возьмите раскаленный электронагреватель (который дает в основном инфракрасное излучение) и закройте его асбестовым листом с отверстием для пропускания пучка излучения. В качестве детектора используйте собственную щеку. Станьте так, чтобы ваше лицо оказалось на расстоянии примерно 25 см от отверстия в экране (фиг. 95).

Попробуйте вводить между источником и лицом какие-нибудь твердые препятствия, скажем книгу или брусок дерева. Как скоро прекращается нагревание? Получается ли другой результат, если препятствие находится около лица, а не около источника?

Фиг. 95.Опыт 6(д).

Опыт 6(е). Стекло и инфракрасное излучение. Как и в предыдущем опыте, подставьте щеку под излучение (в основном инфракрасное) от нагревателя, но между источником и щекой введите лист стекла.

Придвиньтесь, если так удобнее, ближе к источнику. Затем удалите стекло. Запишите наблюдения и сделайте из них вывод. Если под рукой есть небольшой брусок каменной соли, проведите с ним такой же опыт.

Опыт 6(ж). Испускание излучения черными и блестящими поверхностями. Большой медный лист, отполированный с одной стороны и выкрашенный в черный цвет с другой, нагревают несколькими горелками. Горелки удаляют и лист в течение нескольких минут используют как излучатель. (Вместо листа можно взять обогреваемый паром медный ящик, но лист, нагреваемый в пламени до значительно более высокой температуры, более показателен.) Когда медный лист нагреется, подержите щеку (или тыльную сторону кисти) сначала около черной стороны, потом около блестящей (фиг. 96). Запишите свои ощущения теплоты излучения и сделайте выводы, какая поверхность испускает больше излучения — черная или блестящая. (Вследствие высокой теплопроводности меди обе поверхности находятся практически при одной и той же температуре.