Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия

La Science et l'Hypothese, Paris, 1902, ch. 10 (есть русский перевод: Наука и гипотеза, Петербург, 1906).

Когда механизм равномерно вращается или постоянно движется, его кинетическая энергия одна и та же, никакого увеличения и уменьшения не происходит, следовательно, она не входит в баланс превращения энергии, о котором спрашивается в задачах.

См. примечание на стр. 397.

К несчастью, ученые придали общепринятому в разговорном и литературном языке слову «тепло» совсем другой смысл. Мы говорим « теплая вода», читаем о « теплом дне». Во всех этих случаях ученые сказали бы « температура ». Они сохранили слово «теплота» для того таинственного, что выделяется топливом и заставляет повышаться температуру предметов. Этой разницей ученые и литераторы запутывают людей Но литераторы здесь ни при чем. Нам самим следовало бы учесть разговорную практику и называть «теплом» то, что измеряет термометр, а для того, что нагревает предметы и, как выяснилось, является формой энергии, найти какое-то другое слово, хотя бы старое название «теплород». Однако мы уже не в силах изменить научный язык и должны мириться с укоренившимся разнобоем. Когда вы имеете дело с научными вопросами, лучшее, что можно сделать, это прибегать к словам «температура» и «теплота» в научном смысле.

Так получается шкала Цельсия. (О шкале Фаренгейта см. примечание дальше). Полезно различать 1° Ц (или 1 °C) и 1 по шкале Цельсия. Первое — это температура на один градус выше точки таяния льда, второе же — повышение температуры на один градус в любом месте шкалы.

Можно использовать небольшой ковшик объемом около 1 см 3; этим ковшиком легко зачерпывать денатурированный спирт и выливать его в чашечку из алюминиевой фольги. Такое количество спирта сгорает менее чем за минуту и сообщает сосуду несколько калорий. Можно также воспользоваться бунзеновской горелкой, подставляя ее на определенное время под сосуд, можно на минуту опускать в воду (лучше дистиллированную!) электрокипятильник. Но использование часов может сбить вас, так как время на самом деле в определение теплоты не входит.

До последнего времени всюду, кроме характеристики теплотворной способности питания, использовались малые калории. Мы в соответствии с общепринятой единицей массы, килограммом, пользуемся килокалорией, обозначая ее Калория, или сокращенно Кал. Когда говорят, что дневной рацион человека составляет 3000 Кал, это означает 3000 килокалорий.

Измерению удельной теплоемкости часто отводится большое место в школьных лабораторных работах. При этом поощряются неточные измерения с погружением кусков горячего металла в холодную жидкость, от чего отказались уже более полувека назад.

Сосуд с толстыми стенками забирает слишком много теплоты. Еще лучше взять тонкий полиэтиленовый мешок.

Вместо спирта можно воспользоваться пламенем небольшой бунзеновской горелки. В этом случае в качестве одной «порции» тепла можно принять нагревание в течение 1/ 4мин. Во время перемешивания и измерения температуры пламя следует убирать. Необходимо поддерживать постоянное горение, так как пламя легко сбить или упустить время. Проводить опыт гораздо легче, если каждые полминуты вам будут подавать сигналы.

При ответах на вопрос. «Сколько теплоты..?» формулируйте его так:

Необходимая теплота = (15 кг)∙(35° — 5°) = (15)∙(30) = 450 Кал,

а не так:

Необходимое число Калорий ~ 450.

Вы работаете с теплотой, и это нужно отметить с самого начала; Калории — только единицы теплоты, и они должны стоять в конце. Ведь вы не говорите вместо «мой рост 1,75 м» — «мой метраж = 1,75» или «мои метры = 1,75». Ставить единицы впереди — неграмотно, избегайте этого. Существуют, правда, некоторые исключения, пришедшие из профессионального жаргона, такие, как «вольтаж», «тоннаж», «метраж», но уж не «Калораж»!

При этом получается так называемая шкала Цельсия, которая сейчас широко используется. В США, Англии и некоторых других странах применяется шкала Фаренгейта, на которой точки таяния льда и кипения воды помечаются цифрами 32 и 212. Первоначально шкала Фаренгейта строилась на двух других точках. В качестве нуля бралась температура замораживающей смеси, а числу 96 (число, распадающееся на большое число сомножителей и поэтому удобное в обращении) сопоставлялась нормальная температура человеческого тела. После модификации, когда стандартным точкам были сопоставлены целые числа, температура тела оказалась между 98 и 99. Комнатная температура 68° F соответствует 20 °C. Несмотря на то что переход от одной шкалы к другой меняет числовое значение единицы температуры, он не затрагивает самой концепции температуры. Последнее международное соглашение ввело еще одно изменение: вместо стандартных точек таяния льда и кипения воды, определяющих шкалу, приняты «абсолютный нуль» и «тройная точка» для воды (см. гл. 30 ). Хотя это изменение в определении температуры — фундаментально, в обычную научную работу оно практически не вносит никакой разницы. Для тройной точки число выбрано так, что новая шкала очень хорошо согласуется со старой.

Это рассуждение несколько наивно. Стекло ведь тоже расширяется. Действует ли расширение стекла на высоту столбика ртути? Что по этой причине, кроме простого расширения ртути, показывает термометр? Допустим, что два термометра содержат чистую ртуть, но шарики их сделаны из различных сортов стекла с разным расширением. Повлияет ли это на результат?

Нелепость описанного способа измерения расширения ртути можно проиллюстрировать анекдотом об Абракадабре. Капитан одного корабля обнаружил, что его навигационный хронометр остановился. Тогда это была беда, ибо не существовало еще радиосигналов времени. Чтобы поставить свой хронометр точно по местному времени, пришлось зайти в порт Абракадабра. Капитан хотел узнать точное время, но в порту ему сказали: «Спросите у часовщика, что на окраине города. У него очень точные часы, он страшно гордится ими». Капитан понес свой хронометр к часовщику, который заверил его: «Можете вполне положиться на мои часы. Они ходят удивительно точно». Капитан поставил свой хронометр по часам мастера и для гарантии спросил: «А почему вы знаете, что ваши часы так точны?». «Я проверяю их по полуденному выстрелу пушки в таможне, и они идут секунда в секунду. Если же они врут, я подвожу их». Капитан был вполне удовлетворен.

Он отправился со своим хронометром на корабль и собирался уж было отчаливать, но разговорился с таможенником и, чтобы еще раз увериться, спросил его о пушке.