ФИЗИКА

      ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
      ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И РАБОТА
      1. ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ
      Мы знаем, что тела состоят из молекул. Молекулы находятся в непрерывном движении. Движение каждой отдельной молекулы — движение механическое. Можно определить пройденный путь и среднюю скорость движения отдельной молекулы. Можно представить, как она сталкивается с другими молекулами тела. На рисунке 1 изображен отрезок траектории отдельной молекулы газа, увеличенный в миллионы раз.
      Но движение всех вместе взятых молекул — это очень сложное движение. Вспомним, что в 1 см3 газа содержится примерно 25 000 000 000 000 000 000 (2,5 101Э) молекул. И каждая молекула движется по очень сложной траектории. Трудно даже представить себе картину этого общего движения молекул тела. Миллиарды миллиардов маленьких частиц движутся с большими скоростями в разных направлениях, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда, отчего меняются их скорости, и снова движутся до следующего столкновения.
      Мы уже знаем, что со скоростью движения молекул тела связана его температура («Физика», 6-й класс, § 12). Поэтому беспорядочное движение молекул, связанное с температурой тела, называют тепловым движением.
      Знания о внутреннем строении вещества, о тепловом движении позволяют объяснить причины тепловых явлений. Эти явления имеют большое значение в жизни человека. Примерами их являются изменения температуры воздуха в течение суток и года, таяние льда и замерзание воды, плавление и отвердевание металлов, испарение воды и выпадение росы (см. цветную вклейку).
     
      1. Что мы знаем о движении Одной молекулы тела?
      2. Почему общее движение молекул тела является очень сложным?
      3. Почему беспорядочное движение молекул называют тепловым движением? 4. Приведите примеры тепловых явлений.
     
      2. ПЕРЕХОД МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ВО ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ
      В физике изучают механические, тепловые, световые, электрические и другие явления. Мы уже ознакомились с некоторыми механическими явлениями. Мы знаем, что существует два вида механической энергии: потенциальная и кинетическая. Потенциальной энергией обладают тела, которые взаимодействуют друг с другом — притягиваются или отталкиваются. Например, потенциальной энергией обладает камень, поднятый над Землей, сжатая или растянутая пружина, сжатый газ.
      Кинетической энергией обладают движущиеся тела: текущая вода, ветер, катящийся мяч, летящая пуля. Величина кинетической энергии зависит от массы движущегося тела и от его скорости.
      Потенциальная и кинетическая энергия — это два вида механической энергии тела, они могут превращаться друг в друга. Примеры такого превращения энергии были рассмотрены в учебнике 6-го класса («Физика», 6-й класс, § 111).
      Рассмотрим еще пример превращения энергии.
      Свинцовый шар бросают вверх так, чтобы при обратном движении вниз он ударился о свинцовую плитку. Подбрасывая вверх шар, мы сообщаем ему кинетическую энергию. Пока шар летит вверх (рис. 2), его скорость, а следовательно, и кинетическая энергия уменьшается. Зато постепенно возрастает потенциальная энергия: ведь шар поднимается все выше и выше. В самой верхней точке пути шар на мгновение останавливается и его кинетическая энергия обращается в нуль. Потенциальная же энергия в этой точке становится наибольшей. После этого шар падает вниз. Скорость его увеличивается, а высота подъема уменьшается. Следовательно, его кинетическая энергия возрастает, а потенциальная энергия уменьшается. После того как шар ударится о свинцовую плитку (рис. 3), он остановится. И кинетическая, и потенциальная энергия его относительно плиты будут равны нулю.
      Означает ли это, что механическая энергия, которой обладал до этого шар, бесследно исчезла? Нет, не означает. Механическая энергия превратилась в другую форму. Что же представляет собой эта другая форма энергии?
      Рассматривая шар и плиту после удара, мы заметим, что шар немного сплющился, а на плите образовалась небольшая вмятина, т. е. шар и плита при ударе деформировались.
      Измерив сразу же после удара температуру шара и плиты (а это можно сделать), мы обнаружим, что они нагрелись.
      Таким образом, в результате удара шара о плитх изменилось состояние этих тел — они деформировались и нагрелись. Но если изменилось состояние тел. то изменилась и энергия частиц, из которых состоят тела.
      Действительно, мы уже знаем, что при нагревании тела увеличивается средняя скорость движения молекул, а следовательно, увеличивается их средняя кинетическая энергия. Молекулы обладают также и потенциальной энергией: ведь они взаимодействуют друг с другом — притягиваются, а при очень тесном сближении отталкиваются. При деформации же тела изменяется взаимное расположение его молекул, поэтому изменяется и их потенциальная энергия.
      Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией тела.
      К внутренней энергии относят также и ту энергию, которую называют атомной энергией.
      При изучении тепловых явлений учитывают только энергию молекул, потому что она главным образом изменяется в этих явлениях. Поэтому в дальнейшем, говоря о внутренней энергии тела, мы будем понимать под ней кинетическую и потенциальную энергию молекул тела.
      Вернемся теперь к нашему опыту со свинцовым шаром и плитой. На основании этого опыта можно сделать следующий вывод. При остановке тела механическое движение прекращается, но зато усиливается беспорядочное (тепловое) движение его молекул. Механическая энергия превращается во внутреннюю энергию тела.
     
      1. Какие превращения энергии происходят при подъеме шара, брошенного вверх, и при его падении?
      2. Как изменяется состояние свинцового шара и свинцовой плиты в результате их соударения?
      3. В какую энергию превращается механическая энергия шара при ударе его о плиту?
      4. Какую энергию называют внутренней энергией тела?
     
      3. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ
      Кинетическая и потенциальная энергия всех молекул данного тела, как было сказано в предыдущем параграфе, составляет внутреннюю энергию этого тела.
      Нетрудно заключить, что кинетическая энергия молекул, а также потенциальная их энергия не зависит от того, движется ли само тело или покоится.
      Так, например, кинетическая и потенциальная энергия молекул свинцового шара (§ 2) не зависит от того, лежит ли шар на плите, приподнят ли он над ней или движется относительно нее.
      Таким образом, энергия молекул тела не зависит ни от движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел. Имея всегда какой-то запас внутренней энергии, тело одновременно может обладать механической энергией. Например, летящий на некоторой высоте над землей самолет, кроме внутренней энергии, обладает еще механической энергией — потенциальной и кинетической.
      Кинетическая и потенциальная энергия одной молекулы — это очень маленькая величина, так как масса молекулы мала. Но молекул в теле множество, поэтому внутренняя энергия тела, равная сумме энергий всех молекул, достаточно велика.
      Так, кинетическая энергия одной молекулы водорода при комнатной температуре равна 0.000.000 000 000 000 000 005 дж (5-10'21 дж). Расчеты показывают, что сумма кинетических энергий всех молекул водорода, содержащихся в 1 мя его при тех же условиях, равна 140 000 дж,— это уже значительная величина.
      Приведем такое сравнение. Если поднять на высоту 3 м громадный ковочный молот массой 5 т, то его потенциальная энергия будет составлять тоже около 140 000 дж. Но потенциальную энергию молота легче использовать, чем внутреннюю энергию 1 мъ водорода. Достаточно отпустить молот, и, падая на деталь, он совершит полезную работу: его потенциальная энергия будет использована.
      Но не так просто и не всегда возможно использовать внутреннюю энергию тел. Способам ее использования уделяют большое внимание в науке. Успехи техники связаны с тем, насколько человечество научилось «извлекать» внутреннюю энергию тел. Отсюда видно, что ее значение очень велико.
      Внутренняя энергия тела не является какой-то постоянной величиной: у одного и того же тела она может изменяться. При повышении температуры тела внутренняя энергия тела увеличивается, так как увеличивается средняя скорость, а значит, и кинетическая энергия молекул этого тела. С понижением же температуры, наоборот, внутренняя энергия тела уменьшается.
      Внутренняя энергия меняется при переходе тела из одного состояния в другое, а также при деформации тела, при раздроблении его на мелкие части, так как во всех этих случаях меняется взаимное расположение частиц, а значит, и их потенциальная энергия. Например, внутренняя энергия водяного пара значительно больше внутренней энергии такого же количества воды. Ведь при переходе воды из жидкого состояния в пар промежутки между молекулами увеличиваются, поэтому увеличивается потенциальная энергия отдельных молекул.
      Можно сказать, что внутренняя энергия тела зависит от состояния этого тела. С изменением состояния тела меняется и его внутренняя энергия.
     
      1. Зависит ди внутренняя энергия тела от того, обладает само тело кинетической и потенциальной энергией или нет?
      2. Какую энергию легче использовать: механическую или внутреннюю?
      3. Почему внутренняя энергия тела увеличивается при повышении температуры тела?
      4. Как и почему меняется внутренняя энергия тела при деформации тела и переходе его в другое состояние?
     
      4. СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛА
      I. Внутренняя энергия тела изменяется при изменении скорости движения его молекул. Какими же способами можно увеличить или уменьшить эту скорость? Обратимся к опыту.
      На подставке (рис. 4) укреплена тонкостенная латунная трубка, в которую налито немного эфира, трубка плотно закрыта пробкой. Трубку обвивают веревкой и быстро двигают веревку то в одну, то в другую сторону. Через некоторое время эфир закипит и его пар вытолкнет пробку. Этот опыт показывает, что внутренняя энергия эфира увеличилась: ведь он нагрелся и даже закипел. Это увеличение внутренней энергии произошло в результате работы, совершенной при натирании веревкой трубки.
      Тела нагреваются также при ударах, разгибании и сгибании, вообще при деформации. Во всех этих случаях за счет совершенной работы увеличивается внутренняя энергия тел.
      Итак, внутреннюю энергию тела можно увеличить путем совершения работы над телом.
      Если же работу совершает само тело, то внутренняя энергия его при этом уменьшается. Это можно наблюдать на следующем опыте.
      Берут толстостенный стеклянный сосуд, закрытый пробкой. Через специальное отверстие в сосуд накачивают воздух. Через некоторое время пробка выскакивает из сосуда (рис. 5). В тот момент, когда пробка выскочит, в сосуде появится туман. Его появление означает, что воздух в сосуде стал холоднее (вспомните, что и на улице туман появляется во время похолодания).
      Находящийся в сосуде сжатый воздух, выталкивая пробку, совершает работу. Эту работу он совершает за счет своей внутренней энергии, которая при
      этом уменьшается, об ее уменьшении мы судим по охлаждению воздуха в сосуде.
      2. Известно, однако, что внутреннюю энергию тела можно изменить и другим способом, без совершения работы. Без совершения работы нагреваются чайник с водой, стоящий на плите, металлическая ложка, опущенная в стакан с горячим чаем, печь, в которой разведен огонь, крыша дома, освещаемая лучами солнца, и т. п. Во всех этих случаях тоже повышается температура тел, а.значит, увеличивается и их внутренняя энергия. Как объяснить ее увеличение?
      Как, например, нагревается холодная металлическая ложка, опущенная в горячий чай? Скорости теплового движения частиц горячей воды больше скоростей частиц холодного металла. В тех местах, где ложка соприкасается с водой, частицы горячей воды передают часть своей кинетической энергии частицам холодного металла. Поэтому энергия частиц воды в среднем уменьшается, а энергия частиц металла увеличивается: температура воды уменьшается, а температура ложки увеличивается — температуры их постепенно выравниваются. С уменьшением кинетической энергии молекул воды уменьшается и внутренняя энергия всей воды, находящейся в стакане, а внутренняя энергия ложки увеличивается.
      Ту часть внутренней энергии, которая перешла от воды к ложке, называют количеством теплоты. Для нее применяют также названия: «теплота» или «тепло». Поэтому и тот способ изменения внутренней энергии, при котором над телом не совершается работа, а энергия передается от одних частиц к другим, называют передачей теплоты или теплопередачей.
      Итак, внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершением механической работы или теплопередачей.
      Когда тело уже нагрето, мы не можем указать, каким из двух способов это было сделано. Так, держа в руках нагретую стальную спицу, мы не можем сказать, каким способом ее нагрели — натирая ее или помещая в пламя.
      1. Приведите примеры, показывающие, что внутренняя энергия тела увеличивается при совершении над телом работы.
      2. Опишите опыт, показывающий, что за счет своей внутренней энергии тело может совершить работу. 3. Приведите примеры увеличения внутренней энергии тела способом теплопередачи. 4. Объясните с точки зрения молекулярного строения вещества теплопередачу. 5. Какими двумя способами можно изменить внутреннюю энергию тела?
      Положите пятикопеечную монету на лист фанеры или деревянную доску. Прижмите монету к доске и двигайте ее быстро то в одну, то н другую сторону. Заметьте, сколько раз надо передвинуть монету, чтобы она стала теплой, горячен. Сделайте вывод о связи между проделанной работой и увеличением внутренней энергии тела.
     
      5. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
      Внутренняя энергия, как и всякий другой вид энергии, может передаваться от одного тела к другому. Мы уже рассмотрели один из примеров такой передачи — передачу энергии от горячей воды к холодной ложке.
      Можно привести и другие примеры передачи теплоты от одного тела к другому или от одной части тела к другой. Теплота передается от печи или от труб водяного отопления воздуху комнаты. Внутренняя энергия Солнца, находящегося от Земли на расстоянии 150 000 000 км, передается Земле. Когда мы помещаем конец железного прута в пламя костра, то внутренняя энергия пламени передается но пруту к руке.
      В перечисленных примерах энергия сама передается от горячих тел к холодным. Чтобы, наоборот, холодное тело передало часть своей внутренней энергии более нагретому телу, необходимо совершить работу. Например, в холодильнике теплоту отнимают от находящихся в нем тел и передают окружающему их более теплому воздуху, используя для этого работу электрического тока.
      Рассмотрим вид теплопередачи, который называют теплопроводностью.
      Теплопроводность можно наблюдать па следующем опыте. Закрепляют один конец толстой медной проволоки в штативе, а к проволоке прикрепляют воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет плавиться, и гвоздики будут постепенно отпадать от проволоки. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к свободному концу проволоки, затем по очереди все остальные.
      Как происходит передача тепла но проволоке?
      Сначала горячее пламя вызывает усиление теплового движения частиц металла в одном конце проволоки и температура его повышается. Затем движение передается соседним частицам и скорость их движения также увеличивается, т. е. повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость колебания следующих частиц и т. д. При этом очень важно заметить, что при теплопроводности само вещество не перемещается от одного конца тела к другому.
      Различные вещества имеют разную теплопроводность.
      В этом можно убедиться на опыте, в котором тепло передается по стержням из разных металлов (рис. 7).
      И из нашего жизненного опыта мы знаем, что одни вещества имеют лучшую теплопроводность, чем другие. Железный гвоздь нельзя долго Нагревать, держа в руке, а горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки.
      Различной теплопроводностью веществ объясняется и такое всем известное явление: металлические тела кажутся нам на ощупь холоднее, чем дерево, пластмасса, бумага и т п. Возьмите в руки деревянный карандаш и стальные ножницы. Ножницы кажутся холоднее, чем карандаш, хотя на самом деле температура этих тел одинакова: ведь они леЖат рядом, в одной комнате. Но сталь кажется холоднее дерева потому, что она быстрее отводит тепло от нашей руки, так как ее теплопроводность лучше, чем теплопроводность дерева. Эта кажущаяся разница возникает только в том случае, когда температура воздуха в комнате, а следовательно, и карандаша и ножниц ниже температуры руки.
      Хорошие проводники тепла — металлы, из них лучшие — серебро и медь. Дерево, стекло, кожа проводят тепло плохо. Плохо проводят тепло также шерсть, волосы, перья птиц, бумага, картон, асбест, пробка и другие пористые тела.
      У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, плохая теплопроводность. У газов, теплопроводность еще хуже. Ведь молекулы их расположены далеко друг от друга и передача движения от одной молекулы к другой затруднена.
      Шерсть, вата, пух и мех — плохие проводники тепла, потому что они между своими волокнами содержат воздух. Самым плохим проводником тепла является вакуум (пустота) — освобожденное от воздуха и других газов пространство. Объясняется это тем, что теплопроводность, т. е. перенос тепла от одной части тела к другой, осуществляют молекулы или другие частицы, следовательно, в пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
      Плохие проводники тепла применяют для сохранения тепла. Например, кирпичные стены — плохие проводники тепла — помогают сохранять тепло в помещении. При помощи плохих проводников тепла можно предохранить тела и от нагревания. Например, лед в погребе сохраняют, обкладывая погреб соломой, опилками и землей — плохими проводниками тепла.
     
      1. На каком опыте можно наблюдать передачу тепла твердым телом? 2. Как происходит передача тепла по металлической проволоке? 3. Почему металл кажется на ощупь холоднее дерева? 4. Какие плохие проводники тепла вы знаете? Где их применяют?
      1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания?
      2. Объясните, почему солома, сено, сухие листья плохо проводят тепло.
      3. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок, теплопроводность льда в 21,5 раза больше, чем свежевыпавшего снега (снег состоит из мелких кристалликов льда). Чем объяснить такую разницу?
      4. Почему выражение «шуба греет» неверно?
     
      Жидкости и газы обычно нагревают снизу. Чайник с водой ставят на огонь, батареи отопления, от которых нагревается воздух в комнате, помещают под окнами около пола. Случайно ли это?
      Поместив руку над горячей плитой или над горящей лампой, мы заметим, что от плиты или лампы вверх поднимаются теплые струи воздуха. Эти струи заставляют вращаться небольшую бумажную вертушку, помещенную над лампой (рис. 8). Теплый воздух перемещается вверх.
      Такой вид передачи тепла называют конвекцией.
      При конвекции тепло переносится самими струями газа или жидкости. Воздух, который соприкасается с плитой или лампой, нагревается от ее поверхности и расширяется. Плотность расширившегося воздуха меньше, чем плотность холодного, и поэтому слой теплого воздуха всплывает в холодном воздухе. Ведь архимедова сила, действующая па него снизу вверх, больше, чем сила тяжести, направленная вниз. Место теплого воздуха над плитой занимает холодный воздух, он также прогревается и начинает двигаться вверх и т. д.
      Такие же явления наблюдают и при нагревании жидкости.
      Ставят на огонь стеклянную колбу с водой. Для того чтобы заметить, будут ли перемещаться слои воды при нагревании, опускают на дно колбы кристаллик красящего вещества, например марганцово-кислого калия. Замечают, как нагретые нижние слои воды выталкиваются холодной водой и поднимаются вверх (рис. 9). Вода начнет перемещаться по замкнутым линиям — циркулировать. Благодаря циркуляции вся вода равномерно прогревается. Здесь, как и в газе, тепло переносится с одного места на другое с потоками вещества — воды.
      Конвекция происходит в наших жилых комнатах (рис. 10), благодаря чему нагревается воздух в них.
      Мы рассмотрели конвекцию, которая является естественной или свободной. Если же неравномерно нагретую жидкость (или газ) перемешивать насосом или мешалкой, то произойдет вынужденная конвекция.
      Теперь можно ответить па вопрос, поставленный в начале этого параграфа: почему жидкости и газы нагревают, как правило, снизу? Попробуем прогреть воду, налитую в пробирку, так, как показано на рисунке 1.1. Верхний слой воды закипит, а нижние слои останутся холодными. (Если на дно пробирки поместить кусочки льда, они даже не растают.) Почему? При таком способе нагревания не может происходить конвекция, ведь нагретые слои воды не могут опуститься ниже холодных, более тяжелых слоев. Может быть, вода прогреется благодаря теплопроводности? Но, как видно из этого опыта, теплопроводность воды очень мала, и пришлось бы очень долго ждать, пока вода прогреется. Точно так же можно объяснить, почему не прогревается воздух в пробирке, если его нагревать сверху (рис. 12).
      В твердых веществах, где свобода движения молекул ограничена, конвекция происходить не может. Вспомним, что каждая частица кристаллического твердого вещества лишь колеблется около одной точки, удерживаемая сильным взаимным притяжением с другими частицами, поэтому при нагревании твердого тела в нем не могут образовываться потоки вещества. Повседневный опыт подтверждает это. В твердых телах, как мы теперь знаем, теплота передается теплопроводностью.
      1. Опишите опыт, показывающий, что воздух над нагретой лампой перемещается. 2. Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой. 3. Опишите, как происходит нагревание воды в колбе, поставленной на огонь.
      4. В чем состоит явление конвекции? 5. Чем отличается естественная конвекция от вынужденной? 6. Почему жидкости и газы обычно нагревают снизу? 7. Почему конвекция невозможна в твердых телах?
      Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба — один этот пример показывает, какое большое значение имеет конвекция для человека.
      Одной из причин образования пассатов — ветров, дующих от субтропических областей к экватору,— является неравномерное нагревание земной поверхности Солнцем. Средняя годовая температура на экваторе Земли на 50° С выше, чем на полюсах ее. В экваториальной зоне Земли нагретый воздух поднимается вверх. На его место с севера и юга притекает холодный воздух. Его движение и есть пассат. Потоки холодного воздуха вследствие вращения Земли движутся не вдоль меридиана, а отклоняются, поэтому в северном полушарии пассаты имеют северо-восточное направление, а в южном — юго-восточное.
      Ветры вызывают также образование океанических течений. Постоянно дующий в одном направлении ветер приводит в движение верхние слон воды, и они перемещаются в сторону ветра. Теплые и холодные океанические течения, вызванные ветрами, могут служить примером вынужденной конвекции. Ветры и океанические течения влияют и на изменение погоды, и на климат, имеющий важное значение в жизни человека.
      Конвекцией объясняются и ветры меньшего масштаба — бризы, возникающие на берегах морей. В летние дни суша, больше нагревается от лучей солнца, чем вода. Воздух над сушей также нагревается и выталкивается вверх. На его место с моря перемещается холодный воздух — дует ветер. Это и есть бриз. Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над. водой. Образуется ночной бриз — движение холодного воздуха от суши к морю.
     
      8. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОНВЕКЦИИ В ТЕХНИКЕ
      Тяга. Мы знаем, что без притока свежего дополнительного ВОЗдуХа горение топлива невозможно. Если в топку чтения паровоза, в печь, в трубу самовара не будет поступать воздух, то горение топлива прекратится. Обычно используют естественный приток воздуха — тягу. Для создания тяги над топкой, например, в котельных установках фабрик, заводов, электростанций помещают трубу (рис. 13). При горении топлива воздух над ним нагревается. Как мы уже знаем, от этого его плотность уменьшается. Значит, и вес и весовое давление воздуха, находящегося в топке и трубе, становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух поступает в топку, а теплый воздух поднимается вверх — образуется тяга. На рисунке 14 изображена установка опыта, поясняющего образование тяги.
      Чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давлений наружного воздуха и воздуха в трубе. Поэтому тяга усиливается при увеличении высоты трубы.
      2. Центральное водяное отопление. Во многих современных больших зданиях устраивают водяное отопление.
      В подвальном этаже здания устанавливают котел 1 (рис. 15), в нем нагревается вода. От верхней части котла главная широкая труба 2 идет на чердак, где она соединяется с расширительным баком 3. Расширительным он называется потому, что в него поступает избыточный объем воды, образующийся при расширении ее от нагревания. От расширительного бака по чердаку проводят систему распределительных труб 4, от которых отходят вниз вертикальные трубы 5, проходящие через комнаты здания. Из этих труб вода поступает в отопительные батареи 6, составленные из чугунных труб и устанавливаемые обычно под окнами.
      Пройдя через батареи, вода затем поступает в нижние отводные трубы 7, расположенные в подвале. Эти трубы соединяются в одну, входящую в котел снизу. Всю систему труб и котел заполняют водой.
      Горячая вода нагревает трубы батарей, отдавая им часть своего тепла. От труб тепло передается воздуху комнаты. Сама вода становится холоднее и по системе нижних отводных труб поступает в котел, 18 где снова нагревается, поднимается на чердак, опять
      попадает в батареи, снова отдает им тепло и т. д. Такое движение воды в системе центрального отопления и, следовательно, перенос тепла от котла к батареям происходит все время, пока нагревается котел.
      В больших зданиях создают искусственную (принудительную) циркуляцию воды при помощи насоса, который непрерывно гонит воду в нужном направлении.
      Из наших жилых помещений даже при хорошей теплоизоляции теплота непрерывно передается наружу. Поэтому зимой приходится непрерывно обогревать помещение, чтобы поддерживать в нем постоянную температуру.
     
      1. Почему подвал — самое холодное место в доме?
      2. Почему форточки для проветривания комнат помещают в верхней части окна?
      3. Для чего делают высокими заводские трубы?
     
      9. ИЗЛУЧЕНИЕ
      Каким образом передается к нам тепло от Солнца? Ведь Земля находится на расстоянии 150 000 000 км от Солнца, и все это пространство за пределами нашей атмосферы не содержит вещества, там почти полный вакуум. В вакууме не может осуществляться передача тепла конвекцией или теплопроводностью. Следовательно, существует еще один вид передачи тепла.
      Познакомиться с этим видом передачи тепла можно на опытах. Берут небольшую, закопченную с одного бока колбу (рис. 16), через пробку в нее вставляют изогнутую под прямым углом стеклянную трубку с узким каналом. Вводят в эту трубку немного подкрашенной жидкости. Укрепив на трубке шкалу, получают прибор термоскоп, который позволяет обнаружить даже незначительное нагревание воздуха в закопченной колбе.
      Подносят к термоскопу сбоку на расстоянии 1 м нагретый до высокой температуры кусок чугуна или другого металла, замечают, что столбик жидкости в термоскопе переместится вправо. Очевидно, воздух в колбе нагрелся и расширился. Быстрое нагревание воздуха в термоскопе можно объяснить лишь передачей значительного количества тепла от нагретого чугуна термоскопу.
      Тепло передалось не конвекцией и не теплопроводностью. Ведь между нагретым чугуном и термоскопом находится воздух — плохой проводник тепла. А о конвекции можно было бы говорить лишь в том случае, если бы термоскоп находился над нагретым телом. Следовательно, тепло передавалось от нагретого тела (чугуна) к термоскопу новым, еще неизвестным нам видом теплопередачи.
      В этом опыте полученное колбой тепло было передано невидимыми лучами, исходящими от нагретого тела. Подтвердить этот вывод можно простым опытом. Помещают между чугуном и термоскопом лист белой бумаги. Нагревание термоскопа прекращается, лучи не проходят сквозь бумагу.
      Все нагретые тела передают тепло другим телам путем излучения — испускания лучей. Передача тепла лучами отличается от других видов теплопередачи тем, что она может осуществляться в полном вакууме, без присутствия молекул какого-нибудь вещества.
      Испускают невидимые лучи все тела, и сильно и слабо нагретые: тело человека, печь, электрическая лампочка.
      Но чем выше температура тела, тем больше энергии теряет оно путем излучения.
      Тела, нагретые до очень высоких температур, например Солнце, нить накала электрической лампы, испускают, кроме невидимых, еще и видимые лучи — свет.
      Невидимые и видимые лучи, падая на тела, частично поглощаются этими телами и нагревают их. При этом тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.
      Если в опыте с термоскопом повернуть колбу к нагретому телу сначала законченной, а затем незаконченной стороной, то столбик жидкости в трубке будет перемещаться в первом случае на большее расстояние, чем во втором. Это показывает, что тела с темной поверхностью лучше поглощают лучи и больше нагреваются.
      В то же время тела с темной поверхностью больше охлаждаются путем лучеиспускания, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше не остывает, чем в темном.
      Способность тел по-разному поглощать лучи используется человеком. Например, поверхность воздушных шаров, дирижаблей, крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались от солнечных лучей. Если же нужно, наоборот, использовать солнечную энергию, например для нагревания частей некоторых приборов, установленных на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в темный цвет.
     
      1. Почему можно утверждать, что от Солнца к Земле энергия не может передаваться конвекцией и теплопроводностью?
      2. Как устроен термоскоп?
      3. Как на опыте показать передачу тепла лучами?
      4. Какие тела лучше и какие хуже поглощают лучи?
      5. Как учитывается человеком различная способность тел поглощать лучи?
     
      1. Летом воздух в здании нагревается, получая тепло различными способами: через стены, через открытое окно, в которое входит теплый воздух, через стекло, которое пропускает лучи солнца. С каким видом теплопередачи мы имеем дело в каждом случае?
      2. Стоя около костра или открытой печи, мы чувствуем, как нагревается наше тело. Каким способом передается к нам теплота от костра? Ответ обоснуйте.
      3. Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверхностью больше нагреваются лучами, чем тела со светлой поверхностью.
      KOHEЦ ФPAГMEHTA УЧЕБНИКА