Я познаю мир. Естествознание - [46]
Именно это происходит в холодильнике. Жидкость попадает в испаритель, откуда насос откачивает газ, и охлаждает стенку холодильника. Образовавшийся газ поступает в насос и охлаждается. При этом задняя сторона холодильника нагревается.
Как путешествует тепло?
Теплая печь в доме обогревает воздух во всех помещениях, тепло распространяется по всем комнатам. Если помешать угли кочергой, то ручка, за которую мы держимся рукой, тоже постепенно нагреется. Тепло Солнца как–то добирается до Земли, несмотря на огромное расстояние, которое их разделяет.
В жидкости и газе тепло может распространяться вместе с движущимися молекулами. В твердых телах происходит нечто подобное, когда колебания одних молекул передаются соседним и так далее. Так нагревается ручка кочерги. В космосе, где нет молекул, теплота передается по–другому.
Дым, выходящий из печной трубы, может подниматься прямо вверх или стелиться по земле. По небу плывут кучевые облака. Вверх к потолку поднимается дым сигареты. Все это происходит потому, что воздух нагревается неравномерно. Когда какая–то часть воздуха нагревается сильнее, она расширяется и становится менее плотной. Более холодный и плотный воздух опускается вниз. Такое перемешивание называется конвекцией.
Конвекция может происходить и в жидкости. Зимой в нашем доме тепло благодаря тому, что нагретый батареей или печью воздух перемешивается с холодным, это происходит во всех отапливаемых помещениях. Именно конвекция служит причиной того, что на нашей планете дуют ветры. Ветер несет изменение погоды, от которой часто зависит многое в жизни людей.
В твердых предметах молекулы не могут двигаться, поэтому конвекция в них невозможна. Зато тепло может передаваться от одной молекулы к другой. Так нагревается сковорода. Пламя газа вызывает колебания молекул металла в сковороде, и она разогревается. Этот процесс называется теплопроводностью.
Конвекция в помещении
В быту есть немало примеров того, что одни тела нагреваются быстро, а другие медленно. Алюминиевая ложка в стакане чая очень быстро становится нестерпимо горячей, а стальная продолжает довольно долго оставаться теплой. По сравнению с металлической деревянная ложка вообще почти не нагревается. Значит, сталь лучше проводит тепло, чем дерево, а алюминий – лучше, чем сталь. Если, сидя на стуле, коснуться металлической и деревянной его частей, покажется, что металлическая холоднее. На самом деле весь стул был одинаковой температуры, просто металл быстрее отнимает тепло пальцев и поэтому кажется холодным.
Поэтому ручку сковороды обычно делают из материала, который плохо проводит тепло, иначе теплопроводность металла сковороды стала бы причиной ожога. Для того чтобы донести очень горячую чашку, мы берем подставку или поднос. Посуда обычно делается из материалов, которые плохо проводят тепло, поэтому мы не обжигаемся о край чашки или тарелки.
Светлая одежда из хлопка неплохо отражает солнечные лучи летом, когда лишнее тепло нам ни к чему, а зимой одежда из темной шерсти хорошо поглощает тепло. Кроме того, в шерстяной одежде задерживается много воздуха, который сам по себе отлично изолирует нас от холода.
Чтобы воздух сохранял тепло, он должен быть неподвижен. Поэтому в стенах домов, построенных в местах с холодным климатом, довольно много полостей, содержащих воздух. Отверстия в кирпиче, двойные стены и рамы – все это защита от холодов.
Один из самых лучших способов сохранить тепло используется в термосе. Поскольку термос затыкают пробкой, конвекция оказывается невозможной. Стенки колбы термоса покрыты изнутри серебристым напылением, и эта зеркальная поверхность отражает большую часть теплового излучения. Колба двойная: из пространства между внутренней и наружной стенками колбы воздух откачан. Поэтому там просто нет молекул, которые могли бы передать тепло путем теплопроводности. Так в термосе реализована защита от всех трех типов передачи тепла.
Как греет солнце?
И конвекция и теплопроводность действуют через частицы вещества. Огромные пространства космоса, разделяющее Землю и Солнце, почти не содержат молекул, тем не менее все знают, что Солнце греет. Такая передача теплоты называется излучением.
Благодаря излучению тепло костра можно ощутить, даже находясь довольно далеко от него. Но сразу ставится холодно, если кто–то закрывает от нас пламя. Значит, воздух был и остался холодным, а тепло доходило прямо от костра.
Считается, что тепло в таких случаях передается при помощи особых тепловых волн, испускаемых источником излучения, например Солнцем или костром.
Излучение есть у всех тел, температура которых выше абсолютного нуля. Эти волны особенно хорошо улавливаются темными телами. Мы можем видеть лишь часть этих волн, только те, которые испускают очень горячие тела, например Солнце, спираль лампочки, тлеющие угольки.
Разные поверхности могут отражать или поглощать эти волны. Если тело поглощает тепловые волны, оно нагревается так же, как нагревается в солнечный день черная куртка. Если в тот же день надеть серебристый костюм, то в нем будет холоднее, потому что серебристая поверхность отражает много тепловых волн. Все тела отражают и поглощают тепловые волны.
