Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Вся вода в реке беспрестанно .'":~~ррвмешивается, оттого температура ее близ дна такая '"~Щ:,как и на поверхности. «При всех колебаниях -'яхтхторферной гемпера гуры зги колебания очень быстро фтязцикают до самого лна потока, н з очными термомет~фзи не было уловлено разницы в температуре раззййчиых своев воды, даже при значительных глубинах , рвки.:» гпроф. м.
А. Великанов нридрология суши».~ Правильный ответ на поставленный вопрос поэтому :тикал кйлиз дна самой глубокой реки вола летом 'уфплеЕ, нежели зимой, на сголько же, на сколько тгетний воздух геплее зимнего» 1'4М» лвкь Реки запаздывают с замерзанием вовсе не два» потому, как думают многие, что в них частицы йоды находягся в движении.
Молекулы воды лвижутся и."::тогрда, когда вода сгоит, движутся со скоростью йеСКолько сотен метров в секунду; прибавка в ! 2 м,~с :т»цгчеьа по существу изменить не может. К тому же и же: =самое важное -движение волы в реке как про~кодъное, так и вихревое увлекает водные м а с с ы, 65ширные совокупносзи молекул, и не вносит изменетвгй в движение отдельных молекул относительно друг друга,. т. е. не меняет теплового состояния тела 'Вйрачем, в ином смысле запазлывание в замерзании Вйй:: обусловлено движением воды, но связь здесь не йькоува, какою ее себе обычно нредс1авляют. Быстро 'Гейугцая вола противостоит замерзанию не оттого, что фййфоз бессилен захватить движущиеся частицы», а от'5Фв,' что течение перемешивает волную массу реки .ОТ:,::,поверхности ло самого ложа, выравнивая темМЗФтуру во всех ее частях.
Охлажденные ло нуля Ф~Фверхносгные слои реки тотчас смешиваются с низйдявжащими, еще не охлажденными слоями. и темтйфвгкура поверхпоспюго слоя снова сгановигся вьпне ВфЖ,'" Замерзание может начаться лишь гогда, когда ;байя;вода реки до само~о дна охладится до нуля, а на ""~~го:-'требуется время — тем болыпее, чем река глубже Перемешивание волы в бысгрой реке влияет на , 'ФЬд:::замерзания егпе и в другом отношении. В воде, яз~куц1ей медленно, кристаллики льда„образовавшиеся тй:Лтоверхности, не увлекаются поперечными течениями йьлубь„а, слипнись, образуют ледяной покров реки ~~против, в бысгром погоке крисгаллики льда посто'4Гйгй уносятся вглубь, облепляя встречные предметы '- Ф.Я. И.
1!ерельман и образуя ледяные заторы, которые стесняют течение реки и вызывают разливы. Быстрая Ангара долго не замерзает, несмотря на сильные морозы, зато образует огромные заторы; между тем ее приток Иркут, текуп~нй медленно, замерзает при первых же легких морозах, Иногда подобное различие наблюдается на разных участках одной и той же реки: где уклон велик, течение быстро, там ледостав бывает поздний и бурный; где он мал, течение спокойно, там замерзание наступает рано. Уместно отмети1 ь здесь, что борьба с заторами посредством разрушения ледяных скоплений динамитом не всегда рациональна.
Она не только бывает бесполезна, потому что заторы тотчас образуются вновь, но и вредна,— - препятствуя образованию сплошного ледяного покрова, т. е. устранению главной причины заторов. Целесообразно, наоборо~, принимать меры к тому, чтобы река скорее затянулась льдом на большой площади поверхности (разбрасывание хворосга на реке и т. ш).
1 0 «Нет, быть может, другого вопроса, по поводу 3%У~ которого высказывалось бы столько недоумения, как по вопросу о причине понижения температуры с высотой», -- писал лет сорок назад председатель лондонского метеорологического общества Арчибальд. Слова его можно повторить и сейчас, потому что в наши дни тоже не часто приходится слышать правильное объяснение этого явления.
Обычно прн объяснении довольствуются указанием, что атмосфера весьма слабо нагревается лучами Солнца. а получает свое тепло от нагретой земной поверхности путем теплопроводности. «Земля на1 ревается главным образом солнечными лучами. Через воздух эти лучи проходят свободно и не нагревают его. Но, падая на поверхность земли, лучи отдают свою теплоту земле.
Уже от земли нагревается и воздух, прилегаюгций к земле. Поэтому понятно, что верхние слои воздуха холоднее, чем нижние». Такой ответ дал несколько лез назад олин и з наших научно-популярных журналов на вопрос своего читателя: «Почему вверху большой мороз?» Однако в точно таких же условиях находится и вода в кастрюле, подогреваемой на примусе: вода получает !46 энергии соблюдается без превращения механической энергии в тепловую. Теперь будет понятна ошибочность еще и другого объяснения холода в высоких слоях атмосферы: молекулы восходящего воздушного течения замедляют свое движение по мере поднятия, а ведь уменыпение скорости молекул и есть не что иное, как понижение температуры.
Это тоже ошибка, на которой спотыкались даже иные нз подлинных исследователей, хотя от нее предостерегал еше Максвелл в своей «Теории теплоты». «Тяжесть,— писал он,— не оказывает никакого влияния на распределение температуры в столбце воздуха». Не следует упускать из виду, что тяжесгь сообщаез всем молекулам газа строго одинаковое перемещение, не внося в их в з а и м н о е расположение никакого изменения: здесь происходит параллельный перенос всех частиц. Значит, движение одной молекулы относительно другой не меняется под действием тяжести, как не меняется оно при переносе сосуда с газом на другое место. Тепловое движение молекул остается ненарушенным, а следовательно, не может измениться н температура газа. Истинная причина охлаждения восходящих токов воздуха заключается в гак называемом аднабатном его расширении.
Поднимаясь в верхние, более разреженные слои атмосферы, попадая в область пониженного давления, воздух расширяется, совершая работу этого расширения за счет своего теплового запаса. Такое изменение состояния газа, когда он меняет свое давление без заимствования энергии извне (и без отдачи ее вовне), называется адиабатным. Количественная сторона явления такова. Если температура воздуха близ земной поверхности 1„„ а на высоте л она равна Т„, соответствую~дне же барометрические давления Р и Р„, то понижение температуры на высоте л равно т,--т,=-т„~(Р,~Р,~" '»' — Ц. Здесь А — отношение теплоемкости газа прн постоянном объеме к теплоемкости его прн постоянном давлении: для воздуха А= К4 н, следовательно, (х — Ц/й=0.29.
Вычислим в качестве примера понижение температуры воздуха на той высоте 5,5 км, где барометрическое давление в д в о е ниже, чем у земной поверхности. 143 ',:::,;- ради просгозы булем рассматривать случай восхожлеййя воздуха сухого, не содержащего влаги. Илгеем То Та=То(2 ' — !)=022То озтсула 7а 0,78То. фрви близ земгюй поверхносги гемперагура 17 С, или .290 К,' то Та=0,78 290=22б К. К!тзи СОСтаВЛяЕЗ вЂ” 49 С„т. Е.
ОКОЛО ! ' С На КаждЫЕ 16О.м поднятия Присутствие водяных паров, от которых воздух почти никогда ие бывает свободен ', изменяет приведенкзйй расчет: понижение температуры при подъеме на каз!слые 100 м, равное лля сухого воздуха одному градусу, уменьшается почти на полгралуса лля возлуха, йас!и!щенного парами. .Йтак, перемешивание воздушных масс при нагрев~- -пни .атмосферы снизу не может уравнят ь их тем'пературы: воздух, поднимающийся вверх, вслелсгвие адзиабатного расширения охлажлае.гся; воздух, опуска$у)бийся вниз, вследствие алиабатного сжатия нагреваЕтся. В итоге верхние слои имеют более низкую температуру, нежели лежащие близ земной новсрх- Слеля за ходом нагревания с часами в руках, ::::, 131 З Х я легко убеди гься, что нагревание воды на ::,;-';,п1йледние десять градусов длится всегла дольше, чем ,:::::-жгрейанне ее на первые десять градусов; и это несмотря -,',::.'~)Исто, что количество на~реваемой воды постепенно -,'."',-!:,..Уяхеньшаегся вследствие испарения.
Объясняется загалка .:-'--;.Так."тепло, выделяемое пламенем, расходуется не только ,,::.' "йа эусиленное испарение волы, но и на потери тепла ':.',;.:,!з!)йозю вслелсгвие излучения. Г!ри высоких темперагурах .; '::.х!1!9 — '''100" С) вода излучает больше энерпш, чем прн ';".":;-';Ййэких !10-"-20с С). Поэтому, несмо зря на равномерное ','.,::;",~Йя1!веление тепла к воде, температура ее повышается :::.',ММ медленнее, чем сильнее вода нш'релас>, ы Изредка случаи полного отсу-гствия влюн в воздухе все же !""""т!аййодаются.
я наблюдал такое явление в средней Азии в июне ':.;ЮЭ! г.:, в Аулие-Ага мой карманный ~параметр дважды показывал '.баль влажности 149 « "«Мы склонны недооценивать температуру .шкнл, 1.~А ..«,й» казалось бы, скромных источников тепла, как пламя обыкновенной свечи. Для многих поэтому является неожиданностью, что температура пламени свечи около 1600' С (как установил Лумер на основании закона смещения Вина).
«««Потому что пламя свечи недостаточно горячо 1.~.~ 33» для этого»;--отвечают обыкновенно. Но температура пламени свечи, мы знаем, около 1600' С, т. е. на сотню градусов выше темперагуры плавления железа. Значит, пламя свечи достаточно горячо--и все же железо не удается таким пламенем довести до расплавления. Причина та, что одновременно с получением тепла от пламени гвоздь герягт тепло путем излучения. Чем выше поднимается температура нагреваемого предмета, тем сильнее и излучение: потеря тепла растет; наступает„ наконец, момент, когда потеря и приход тепла уравновешиваются,- и дальнейшее повышение температуры прекращается. Если бы гвоздь целиком умещался в пламени свечи„ точнее в самой горячей его части, то наивысшая температура гвоздя прн нагревании равнялась бы температуре пламени; тогда гвоздь расплавился бы. Но так как обычно в пламени помещаешься только часть гвоздя и выступающие части беспрепятственно излучают тепло, то равенство притока н потери тепла наступает значительно раньше, чем гвоздь нагреется до температуры свечи и даже до температуры плавления железа.
Значит, гвоздь не плавится на свече не оттого, что пламя недостаточно горячо, а оттого, что оно недостаточно велико — не окружает гвоздь со всех сторон. 134 «,«Количество теплоты, расходуемое для нагрева- 3'Ф» ния воды на один градус, не строго одинаково при различных температурах. При нагревании от 0 до 27 С количество это постепенно уменыпается, а начиная с 27' С--возрастает, Чтобы определение калории было точно, необходимо поэтому указать, при какой температуре началось нагреваиие на один градус. По международному соглашению точное определение калории .каково: калория--:ло количество теплоты, необходимое для повышения семпературы грамма воды от 14,5 до 15,5' С.
Такая калория, как установлено измерениями, равна с р е д н е м у значению калории, ив часги); он плавится при 70" С. Сушес1.вует еше более легкоплавкий сплав, так называемый металл Липовица„ отличающийся от вудовск ого меньшим содержанием кадмия (3 части вместо 4-х); он плавится при 60" С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
