Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 24
Текст из файла (страница 24)
не достигали. Это быЛ холод, полученный с помощью охлализ ельной еъгесн из льда, поваренной соли и нашатыря Для другой постоянной точки термометра Фарен-.гвйт, по примеру ряда своих предшественников !в том !псле н Ньютона), избрал нормальную температуру ,,: чаловечсского тела. В гу .нюху распространено было :- .
убеждение, будто температура воздуха никогда не ::,,' поднимается выше ~емперазуры крови человека. и такое 135 нагревание воздуха считалось для человека смертельным (мнение--совершенно ошибочное). Эту вторую постоянную точку Фареигей.г отметил первоначально числом 24, число градусов равнялось числу часов в сутках. Но когда практика показала, что такие градусы слишком крупны, Фаренгейт подразделил их на четверти и температура человеческого тела оказалась обозначенной числом 24 4=96. Этим определилась окончательно длина деления, соответствующая одному градусу. Откладывая градусы по шкале снизу вверх, ученый получил для температуры кипения воды 212 градусов.
Чем обьяснить, что Фаренгейт не взял температуру кипения воды в качестве второй постоянной точки своего термометра? Он воздержался от этого потому„ что ему известна была изменчивость >той температуры (в зависимости от давления воздуха). Температура человеческого тела казалась ему более надежной в смысле постоянства. Любопытно отметить, между прочим, что, как нетрудно вычислить, нормальная температура нипего тела считалась в ту эпоху на целый градус ниже, чем теперь (35,5' С). 1 3 Длина градусных делений шкалы термометра 1З«определяется, конечно, величиной коэффициента теплового расширения той жидкости, которая его наполняет.
Известно, что с повышением температуры коэффициент теплового расширения всех жидкостей растет. Чем ближе к точке кипения, тем этот росг значительнее. После сказанного мы легко поймем различие между пжалами ртутного и спиртового термометров в отношении длины их градусных делений. Термометры ртутные обычно предназначаются для температур, довольно далеких еще ог точки кипения ртути (357" С). В интервале 0--100' С коэффициент расширения ртути возрастает незначительно, а так как вместимость стеклянной трубки термометра также увеличивается с температурой, то неравномерность видимого расширения ртути в указанном температурном промежутке незаметна.
Поэтому градусные деления на шкале ртутного термометра почти одинаковы. Напротив, спирт применяется в термометре при температурах, близких к точке кипения этой жидкости (78' С). Поэтому увеличение коэффициента расширения 13б бпнрта с темпера.гурой весьма заметно. Если объем спирта при 0" С принять за 100.
то объем его при '.30' С равен 103, а при 78' С- 110. ,: Ясно, что градусные деления на шкале спир.гового термометра должны увеличиваться от нуля вверх, 14, Так как температура кипения ртути 357' С л.ьФ» и стекло размягчается уже при 500- 600' С, то 'получается, что устроить ртутный термометр для те»мнератур до 750' С невозможно. Между тем такие тервюметры изготовляются. Трубка их делается иэ кварцевого стекла, весьма тугоплавкого (плавится при ,1б25',С),.
а в канале под ртутью имеется азот. При нбв)лпенхии температуры ртутная колонка сжимает газ ' и,' следовательно, ртуть нагревается под повышенным , давлением (50 — 100 ат). Точка кипения от этого по'вищаетсй и рту.гь остается жидкой при температурс,: до 750' С. Этн термометры, впрочем, очень $ 5 '"..' )» Карпентер (а с иим и Л. Н.
Толстой, разде'1ъ~» лявгпий ег о мнение) оспаривает в сущности , аведу1ощее положение, на котором основано устройство , йткалы наших термометров: ":,'.:.кРивные интервалы температуры соответствуют абсидд Ю т н о равным прирагцениям объема термомет. Вииеского вещества». ':.:' Отвергая это положение, критик предлагает заме'Ннть'' его следующим, по его мнению, единственно . нфВВильным: в("ввные интервалы температуры соответствуют о тноситильно равным прирагцениям объема термомет- Р)я)еского вещества».
Однако спорить о том, какое из этих двух положений - ' щ)ввнльиое, все равно, что спорить о том, чем й((авнльнее мерить длину — метрами или футами. Оба ::,Ш)иожвния — -условные допутцения, н речь может идти только о том, какое из них целесообразнее, т. е. вносит бб)г(шую простоту и учение о теплоте. Положение Карпентера было уже однажды выдвийуво'в,науке не кем иным, как знаменитым Дальтоном, И':Нвгит название гппкалы Дальтона». На этой шкале, 'веди бы она была принята, не мог.ло бы, между нРочнм, существовать точки абсолютного нуля; вообще ' ':, Ф4~ - учение о теплоте претерпело бы значительные 137 изменения.
Это преобразование не упростило бы, а. напротив. крайне усложнило бы выражение законов природы. Поэтому шкала Дальтона, которую Карпентер с Толстым невольно пытались возродить, была в свое время отвергнуза. 1 6 Коэффициент теплового расширения бетона 1%2» 10.000012) совпадает с коэффициентом расширения железа; при изменениях температуры оии расширяются согласно и по~ому не отделяются друг от друга.
1 7 яу Из твердых тел сильнее всех расширяется 1 7 воск, превышая в этом отношении многие жидкости. Коэффициенз теплового расширения воска, в зависимости от сорта,--от 0,0003 до 0,0015, т. е. в 25---! 20 раз больше, чем железа. Так как коэффициент (объемного) расширения ртути 0,00018, а керосина 0,001, то воск расширяется, безусловно, сильнее ртути, а в некоторых сортах- — сильнее даже керосина. Из жидкостей сильнее других расширяется эфир с коэффициентом 0,0016. Но это не рекордное расширение: существует жидкость, расширяющаяся в 9 раз сильнее эфира,--жидкая углекислота !СОИ) при 20' С.
Ее коэффициент расширения равен 0,0!5-- в 4 раза больше, ч ем у г а з о в. Коэффициент расширения жидкостей вообще быстро растет с приближением к критической температуре, превосходя во многих случаях коэффициент расширения газов. .я 4;у Наименьшим коэффициентом теплового рас- 1й4У Хчя ширения обладает кварцевое стекло; 0,0000003--в 40 раз меньше, чем железо. Кварцевую колбу, накаленную до 1000" С (кварцевое стекло плавится при 1625 " С), можно смело опускать в ледяную воду. не опасаясь за целость сосуда: колба не лопается. Малым коэффициентом расширения — хотя и ббльшим, чем у кварцевого стекла,- отличается также алмаз: 0,0000008. Из металлов наименьшим коэффициентом теплового расширения обладает сорт стали„носящий название инвар (от латинского слова, означающего кнеизменныйя). Это — -сталь, содержащая 36»<» никеля, 0,4»<» углерода и столько же марганца.
Коэффициент расширения и ивара 0,0000009, а некоторых сортов ык 6000000!5. т. е. в 80 раз меньше. чем обыкновеннои ЩНИ.'Есть даже такие сорта инвара, которые в опре'. ':"деланном температурном промежутке вовсе не расширяются. ... Благодаря ничтожному расширению новар с успехом :Нрименяется при изготовлении частей точных механиз:Мйв' (часовых маятников), а также мер длины. На вопрос, какое тело от охлаждения расширя- 3. х~ Х~» ется.
не вдумавшись. отвечают: лел,-- забывая, :.чтО цномальным расширением вола отличается только . в. зкзгдком состоянии. Лел при охлажленин не рас'ширяется, а . как и большинство тел природы . : '(фщмается. Существуют, олнако, другие тверлые тела„которые при охлаждении ниже определенной температуры расццгряются.
Это, прежде всего, алмаз, закись меди .' и" смарагд. Алмаз начинает расширяться при ло'нддьно значительном холоде, именно при — 42 С, заниеь же мели и смарагл обнаруживаю г ту же '' 4собениосз ь при умеренном морозе, около — 4 С. ' Значит, при — 42 и — 4 С названные гела обладают наибольшей плотностью, как вода при +4 С. Кристаллическое йодистое серебро (минерал йолифбф' расширяется от охлажления прн обычных темз1ературах. Той же особенностью отличается и рези' -'нввый,стержень. растягиваемый грузом: при на~ ревапии он' укорачивается 1хйЛУ Неправильно пола~ать„что если лист лосзаточ;;4ЛУ~ но нагреть, то дыро 1ка закроезся вследствие тлгйового расширения. Никакое назревание не может Лнкь. такого результа га, гютому что отверстия при Мгпевании тел вовсе не уменьшанг ся, а.
напротив, 'фФеличиваются. Это ясно из следующего рассуж"~фния. если бы дырочки не было, .го заполняющее ее ~фйгество при нагревании тела расширялось бы в такой Ягй::,мере, как и окружающий материал: иначе об'Вягаовались бы либо складки, либо зазор; между тем Нввестно, что при тепловом расширении олноролг о .
4~ела никаких складок или скважин в нем не возник: '~сюда ясно, что лист с дырочкой расширяется гак, ,,словно бы дырочка была заполнена железом: иначе граоря, при нагревании дыра увеличивается, как равный 1зч ей участок железного листа. Поэтому вместимость сосудов, просветы труб, всякого рода полости в телах при нагревании увеличиваются (а при охлаждении— уменьшаются); коэффициент этого расширения такой же, как и окружающего вещества.
Итак, добиться закрытия дырочки нагреванием невозможно, дырочка сделается еще больше. Не достигнута ли будет цель путем охлаждения? Можно ли настолько охладить железный лист, чтобы дырочка в нем исчезла? Так как коэффициент расширения железа 0,000012, а наиболыпее охлаждение равно — 273' С, то ясно, что дырочка не может уменьшить диаметр своего просвета более чем на 0,000012 . 273, т. е. примерно на 0„003. Значит, никаким изменением температуры нельзя достичь того, чтобы отверстие в твердом теле, даже самое маленькое, закрылось. Тепловое расширение и сжатие происходят, 121 21 ьак известно, с весьма значительной силой. В опыте, придуманном Тиндалем и воспроизводимом в школьных физических кабинетах, железный брусок, сжимаясь при охлаждении, переламывает железный же стержень в палец пзлшиной.
Популярен также рассказ о выпрямлении покосившейся каменной стены здания Консерватории искусств и ремесел в Париже при Наполеоне 1 — рассказ, входивший прежде в школьные хрестоматии в упрощенной передаче Льва Толсгого»'. У многих сложилось поэтому убеждение, что противостоять силе теплового расширения вообгде ничто не может: препятствовать расширению нагре ваемо го стержня нли жидкости кажется невозможным. «' Приводим этот рассказ из «Первой книги для чтенияв Л. Н.
Толстого: «Как в городе Париже починили дом (бывай В одном большом доме разошлись врозь слжьь Стали лумать, как их свести так, чтобы не ломать крыши. Один человек лридумал. Он вделал с обеих сторон в стены железные уцжн, потом сделал железную полосу такую. чтоб она на вершок не хватала от унпв до ушка. Потом загнул иа ией крюки по концам так, чтобы крюка входили в ушки. Потом разогрел полосу на огне; она раздалась я достала ш ушка до ушка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
