Я познаю мир. Естествознание - [43]

Привет участникам броуновского движении!

В начале XIX века англичанин Роберт Броун. рассматривал банку с водой. Мелкие нерастворимые частицы в банке находились в постоянной хаотической пляске без видимых причин. Это движение стало называться броуновским в честь человека, который совершил важное открытие, глядя в банку с водой.

Движение частиц происходило потому, что мелкие частицы постоянно толкают молекулы воды, ударяющие их то сверху, то сбоку. То же происходит с частичками табачного дыма, которые двигаются, потому что их толкают частицы воздуха.

Броуновское движение частиц: чем быстрее двигаются молекулы,тем выше температура жидкости

Броуновское движение можно увидеть самим, если растворить в воде краску, а потом посмотреть на нее в микроскоп. Можно увидеть, как частицы краски постоянно подскакивают от невидимых ударов молекул воды. Частички краски на самом деле огромны по сравнению с молекулами воды. Если поверх одной жидкости налить другую и оставить их на некоторое время, то можно будет увидеть, что граница между ними исчезла, и две жидкости перемешались. Это происходит благодаря движению молекул. Чем быстрее двигаются молекулы, тем выше температура вещества.

Откуда мы берем энергию?

Практически все источники энергии, которые мы используем для получения тепла, ведут свое начало от Солнца. В течение многих веков солнечная энергия накапливается в виде нефти, каменного угля и газа. Даже ветер, который в прошлом крутил мельницы и надувал паруса кораблей, обязан своим появлением Солнцу.

Запасы угля, нефти и газа подходят к концу, поэтому люди пытаются найти другие источники энергии – прямо использовать солнечные лучи. Существует мнение, что прямое использование солнечных лучей может стать даже более выгодным, чем использование атомной энергии.

Долгие годы считалось, что тепло – это вещество «теплород». Может быть, нагревание или охлаждение – это передача энергии? Хорошо бы узнать, что такое температура и как ее измеряют, и что происходит с телом, когда оно охлаждается или нагревается. Ученые прошлого считали, что тепло – это особая жидкость, которая может перетекать от одного тела к другому: при нагревании теплород проникает в тело, а при охлаждении покидает его.

Известно, что большинство тел при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. Кажется, что это доказывает существование теплорода, который при нагревании как бы занимает место и заставляет тела расширяться, а при охлаждении покидает его.

Но есть вещества, которые при нагревании сжимаются, а при охлаждении расширяются. Если бы в тело проникало какое–то загадочное вещество, а потом покидало его, масса этого предмета должна была бы измениться, но этого не происходит.

Может быть, тепло – это энергия? Американский инженер Томсон наблюдал за тем, как сверлили металл, и заметил, что чем более тупыми были сверла, тем сильнее они нагревались. Что же вызывает разогрев? Видимо, само сверление, то есть тепло – это энергия.

К таким же выводам можно прийти, если тереть на морозе два куска льда. Несмотря на то, что лед холодный и воздух вокруг тоже, лед начнет плавиться. Единственным источником появления тепла на таком холоде может быть только само трение. Можно для тех же целей взять монетку и начать тереть ее о дерево или грубую ткань. Через несколько секунд монета разогреется так, что ее будет трудно удержать в руках.

Что происходит при нагреве и охлаждении?

Чем выше становится температура, тем активнее двигаются молекулы вещества (чем бы оно ни являлось – газом, жидкостью или твердым телом). Все молекулы находятся в постоянном движении, если только температура не опускается до минус 273°С. Эта температура, которая называется абсолютным нулем, достигается, когда всякое движение молекул полностью прекращается.

Если зимним вечером в трескучий мороз вынести на улицу чашку с кипящей водой, чашку с раскаленным до такой же температуры песком и большую бочку с теплой водой, через некоторое можно будет увидеть, что первым до 0°С остынет песок, потом замерзнет вода в чашке, а на бочке лед появится в последнюю очередь. На скорость остывания, кроме температуры, влияет и размер предмета.

Если нагревать емкость со льдом, температура не будет подниматься выше нуля, пока весь лед не растает. Лед тает при температуре 0°С, при этой же температуре вода начинает замерзать.

Иногда, выйдя из дому, думаешь, что на улице тепло, но, пройдя некоторое время, понимаешь, что на самом деле довольно холодно. Если жарким летним днем спуститься в подвал, то покажется, что там очень холодно, хотя температура там плюс 2СГС. Человеческие ощущения не самый лучший метод для измерения температуры.

Возьмем на кухне три кружки и нальем в одну горячую, но не обжигающую воду, в другую – теплую, а в третью – холодную. Теперь палец левой руки опустим в горячую воду, а правой – в холодную. Стоит подождать, пока пальцы привыкнут к температуре воды, в которую они опущены. Теперь одновременно вынем пальцы из чашек и засунем их в чашку с теплой водой. Оказывается пальцу, который был в горячей воде, стало холодно, а палец из холодной воды, наоборот, в теплой воде согрелся.