Да­рія Бі­да. Що та­ке те­пло­та? Ча­сти­на 1

Kolosok - - ЗМІСТ -

ОЧЕ­ВИ­ДНО – НIЧО­ГО IЧОГО НЕ ВИ­ДНО?

Ко­жно­му зда­є­ться, що не­має ні­чо­го про­сті­шо­го, ніж ма­са і час, бо ці ка­те­го­рії ми ча­сто ви­ко­ри­сто­ву­є­мо у по­бу­ті. Ми їх так „за­го­во­ри­ли”, що пе­ре­сі­чно­му гро­ма­дя­ни­ну на­віть не спа­дає на дум­ку пе­ре­йма­ти­ся фі­зи­чним змі­стом цих по­нять. Але як­би до цьо­го ді­йшло, то він би ду­же зди­ву­вав­ся. Спів­ві­дно­ше­н­ня Ейн­штей­на, яке ча­сто на­зи­ва­ють „най­гар­ні­шою фор­му­лою фі­зи­ки”, вста­нов­лює зв'язок між ма­сою ті­ла і кіль­кі­стю енер­гії, що мі­сти­ться у ньо­му. Зна­ме­ни­та фор­му­ла E = mc2 дає змо­гу глиб­ше зро­зу­мі­ти нав­ко­ли­шній світ, а на­слід­ки цьо­го про­стень­ко­го спів­ві­дно­ше­н­ня гран­діо­зні за сво­єю зна­чи­мі­стю і на­віть тра­гі­чні. Не та­ка вже про­ста ма­са, якщо по­тра­пи­ла у фор­му­лу, яку вва­жа­ють сим­во­лом на­у­ки XX сто­лі­т­тя.

За­пи­тай будь-ко­го, чи ро­зу­міє він, що та­ке час. Отри­ма­єш ба­га­то ствер­дних від­по­від­ей! Ти теж так ду­ма­єш? Спро­буй да­ти ви­зна­че­н­ня і від­чу­єш тру­дно­щі. Час на­ле­жить до фун­да­мен­таль­них ка­те­го­рій, ви­зна­чи­ти які завжди важ­ко, а ін­ко­ли й не­мо­жли­во.

Ко­жна лю­ди­на знає день сво­го на­ро­дже­н­ня і те, що їй від­ве­де­ний пев­ний про­мі­жок ча­су, який ви­мі­рю­є­ться ро­ка­ми, мі­ся­ця­ми, дня­ми, го­ди­на­ми, хви­ли­на­ми і се­кун­да­ми. У при­ро­ді від­бу­ва­ю­ться рі­зні про­це­си, але про­це­су, який від­обра­жає зміст на­шо­го тер­мі­ну „час” не існує! Час лю­ди при­ду­ма­ли для зру­чно­сті ор­га­ні­за­ції вла­сно­го жи­т­тя. То­му час – умов­на, а не об'єктив­на ве­ли­чи­на.

Не та­кою про­стою, як зда­є­ться на пер­ший по­гляд, є й те­пло­та. Со­тні ро­ків лю­ди зна­ють во­гонь, на­вчи­ли­ся йо­го до­бу­ва­ти са­мі. Ко­жний з нас грів­ся по­бли­зу ба­га­т­тя або груб­ки і мер­знув взим­ку на ву­ли­ці. Але по­ясни­ти, що та­ке те­пло­та, не про­сто. На­у­ка зна­йшла від­по­відь на це за­пи­та­н­ня зов­сім не­дав­но.

ПРИ­РО­ДА ТЕ­ПЛО­ТИ

При­ро­ду те­пло­ти по­ясню­ва­ли не­за­пе­ре­чним і до­сить оче­ви­дним фа­ктом: за на­грі­ва­н­ня тем­пе­ра­ту­ра ті­ла зро­стає, от­же, во­но щось отри­мує. Охо­ло­джу­ю­чись, ті­ло щось від­дає. Це „щось” і є те­пло­тою. Існу­ва­ло дві гі­по­те­зи що­до при­ро­ди те­пло­ти. Пер­ша з них на­ле­жить ви­да­тно­му іта­лій­сько­му фі­зи­ко­ві й астро­но­мо­ві, одно­му з осно­во­по­ло­жни­ків то­чно­го при­ро­до­знав­ства, Га­лі­лео Га­лі­лею. Він вва­жав, що те­пло­та – це своє­рі­дна ре­чо­ви­на. Не ли­ше Га­лі­лей, але й ба­га­то вче­них у ми­ну­ло­му ду­ма­ли так са­мо. Во­ни вва­жа­ли те­пло­ту рі­ди­ною, що пе­ре­ті­кає від одно­го ті­ла до ін­шо­го, і на­зи­ва­ли її те­пле­цем. Кіль­кість те­пле­цю є ста­лою ве­ли­чи­ною: він не ще­зає ні­ку­ди і не з'яв­ля­є­ться ні­звід­ки, а тіль­ки пе­ре­роз­по­ді­ля­є­ться між ті­ла­ми. Що мен­ше те­пле­цю в ті­лі, то во­но хо­ло­дні­ше. На­че сіль у су­пі: що біль­ше со­лі, то со­ло­ні­ший суп, хо­ча сіль не ви­дно. Якщо у ті­лі те­пле­цю не­має, то йо­го тем­пе­ра­ту­ра най­ниж­ча – аб­со­лю­тний нуль тем­пе­ра­ту­ри. Суп без со­лі .

Ти по­ві­риш у та­ку те­о­рію, якщо зга­да­єш до­слі­ди з те­пло­во­го роз­ши­ре­н­ня тіл. Зда­є­ться, все про­сто: якщо те­плець вли­ва­є­ться у ті­ло, то йо­го об'єм, при­ро­дно, збіль­шу­є­ться. Але зга­дай, що є де­кіль­ка ре­чо­вин, які за на­грі­ва­н­ня сти­ска­ю­ться. Що то­ді від­бу­ва­є­ться з те­пле­цем? До то­го ж, якщо те­пло­та – це ре­чо­ви­на, то га­ря­че ті­ло має ма­ти біль­шу ма­су, ніж хо­ло­дне, а до­слід цьо­го не під­твер­джу­вав. Ні, те­плець не ви­три­мує кри­ти­ки!

Не див­но, що по­ряд з те­о­рі­єю те­пле­цю вже дав­но існу­вав ін­ший по­гляд на при­ро­ду те­пло­ти. Йо­го бли­ску­че за­хи­ща­ли ба­га­то вче­них впро­довж XVI– XVIII сто­літь. Ось що пи­са­ли ві­до­мі вче­ні про при­ро­ду те­пла. Френ­сіс Бе­кон у сво­їй кни­зі„Но­вий ор­га­нон” пи­сав: „Са­ма те­пло­та за сво­єю су­т­тю є не що ін­ше, як рух… Суть те­пло­ти у змін­но­му ру­сі най­дрі­бні­ших ча­сти­нок ті­ла”.

Ро­берт Гук у кни­зі „Мі­кро­гра­фія” твер­див: „Те­пло­та є без­пе­рерв­ний рух ча­сти­нок ті­ла… Не­має та­ко­го ті­ла, ча­стин­ки яко­го бу­ли б у спо­кої”.

Та­кі осо­бли­во чі­ткі ви­слов­лю­ва­н­ня ми зна­хо­ди­мо у Ло­мо­но­со­ва у йо­го пра­ці„Мір­ку­ва­н­ня про при­чи­ну те­пла і хо­ло­ду”. У цьо­му тво­рі він за­пе­ре­чує існу­ва­н­ня те­пле­цю і го­во­рить, що „те­пло­та полягає у вну­трі­шньо­му ру­сі ча­сти­нок ма­те­рії”.

Ду­же обра­зно го­во­рив Бен­джа­мін Том­сон на­при­кін­ці XVIII сто­лі­т­тя: „Що га­ря­чі­ше ті­ло, то ін­тен­сив­ні­ше ру­ха­ю­ться ча­стин­ки, з яких во­но по­бу­до­ва­не. Так са­мо, як дзвін: що дуж­че ко­ли­ва­є­ться, то гу­чні­ше зву­чить”.

Ду­маю, що ти кри­ти­чно спри­йма­єш ці ви­слов­лю­ва­н­ня. Адже і ро­зум­ні лю­ди ча­сто по­ми­ля­ю­ться, чи не так? Ва­жли­ві­ши­ми за сло­ва є спо­сте­ре­же­н­ня та до­слі­ди.

Те­о­рія те­пле­цю впер­ше від­чу­тно по­хи­тну­ла­ся пі­сля спо­сте­ре­жень аме­ри­кан­сько­го вче­но­го Бен­джа­мі­на Том­со­на. Спо­сте­рі­га­ю­чи за свер­длі­н­ням

гар­ма­тних ство­лів, він по­мі­тив, що ве­ли­кі ма­си ме­та­лу силь­но на­грі­ва­ю­ться, осо­бли­во, якщо свер­дла ту­пі. Що ж бу­ло дже­ре­лом те­пло­ти? Звід­ки взяв­ся те­плець? Адже на по­ча­тку екс­пе­ри­мен­ту ме­тал, свер­дло та во­да бу­ли хо­ло­дні, а то­му те­пло ні­звід­ки не „пе­ре­ті­ка­ло”. Ані ме­тал, ані нав­ко­ли­шнє по­ві­тря не мо­гли бу­ти дже­ре­лом те­пле­цю. Том­сон ді­йшов ви­снов­ку, що те­пло­та ви­ни­кла вна­слі­док ро­бо­ти свер­длі­н­ня. Тоб­то те­пло­та – це енер­гія.

ЧО­МУ МИ НЕ БА­ЧИ­МО РУ­ХУ ЧА­СТИ­НОК ТIЛА?

От­же, суть те­пло­ти не що ін­ше, як рух: що швид­ше ру­ха­ю­ться мо­ле­ку­ли чи ато­ми, з яких скла­да­є­ться ті­ло, то ви­ща тем­пе­ра­ту­ра ті­ла. По­глянь на будь-яке ті­ло. Уяв­ля­єш, яке „жи­т­тя” ви­рує все­ре­ди­ні ньо­го? Як у це по­ві­ри­ти? Ске­пти­ки мо­жуть за­пе­ре­чи­ти: мір­ку­ва­н­ня кра­си­ві, але чо­му во­ни більш до­ка­зо­ві, ніж те­о­рія те­пле­цю? Хто ба­чив ці ча­стин­ки і їхній рух? Спро­буй за­пе­ре­чи­ти ске­пти­кам.

Чи до­во­ди­ло­ся то­бі ко­ли-не­будь спо­сте­рі­га­ти за ро­єм мо­шка­ри? У без­ві­тря­ну по­го­ду рій на­че ви­сить у по­ві­трі. А все­ре­ди­ні рою йде ін­тен­сив­не жи­т­тя. Со­тні ко­мах ме­та­ю­ться пра­во­руч і лі­во­руч, а увесь рій за­ли­ша­є­ться на мі­сці і не змі­нює сво­єї фор­ми.

Те­пло­вий рух ча­сти­нок мо­жна по­ба­чи­ти на­віть у най­скром­ні­ший мі­кро­скоп. Впер­ше це яви­ще спо­сте­рі­гав по­над 100 ро­ків то­му ан­глій­ський бо­та­нік Бро­ун. Ро­з­гля­да­ю­чи під мі­кро­ско­пом спо­ри ро­слин, він по­мі­тив, що во­ни без­пе­рерв­но ру­ха­ю­ться у со­ку ро­сли­ни. Рух не при­пи­няв­ся ані вдень, ані вно­чі. Уяв­ля­єш, як зди­ву­вав­ся вче­ний? Зда­ва­ло­ся, що ча­стин­ки

жи­ві. Але так с са­мо ру­ха­ли­ся дрі­бні ча­стин­ки гли­ни, зму­ле­ні у во­ді! Що мен­ші ча­стин­ки, то швид­ше во­ни ру­ха­ли­ся. Те­пер ми на­зи­ва­є­мо цей рух бро­у­нів­ським. Бро­у­нів­ський рух ча­сти­нок – те­пло­вий рух, так са­мо, як рух мо­ле­кул. І на­віть шко­ля­рі 7-го кла­су не плу­та­ють йо­го з ру­хом мо­ле­кул, а ро­зу­мі­ють, що це рух під ді­єю мо­ле­кул. Те­пло­вий рух вла­сти­вий ве­ли­ким і ма­лим ча­стин­кам, ску­пче­н­ням мо­ле­кул, окре­мим мо­ле­ку­лам і ато­мам.

Ча­стин­ки у всіх ті­лах ру­ха­ю­ться без­пе­рерв­но і без­ла­дно. Однак ха­ра­ктер цьо­го ру­ху за­ле­жить від агре­га­тно­го ста­ну ре­чо­ви­ни.

Тер­мін „газ” з гре­цької пе­ре­кла­да­є­ться „ха­ос”, „без­ла­д­дя”. Га­зо­по­ді­бний стан ре­чо­ви­ни є при­кла­дом існу­ю­чо­го у при­ро­ді пов­но­го без­ла­д­дя у роз­та­шу­ван­ні і ру­сі ча­сти­нок. У жодний мі­кро­скоп ти цьо­го не по­ба­чиш. Про­сті­ше – уяви­ти. У ку­бі­чно­му сан­ти­ме­трі по­ві­тря за кім­на­тної тем­пе­ра­ту­ри і нор­маль­но­го атмо­сфер­но­го ти­ску мі­сти­ться 27 мі­льяр­дів мі­льяр­дів мо­ле­кул, які без­ла­дно ру­ха­ю­ться, сти­ка­ю­ться між со­бою, від­ска­ку­ють, на­че бі­льяр­дні ку­лі, змі­ню­ю­чи на­пря­мок ру­ху. Се­ре­дня від­стань між мо­ле­ку­ла­ми у 10 ра­зів біль­ша, ніж роз­мі­ри мо­ле­кул. Якщо ти ки­неш на ко­жну сто­рін­ку жур­на­лу дві мо­не­тки, то ма­ти­меш уяву про роз­та­шу­ва­н­ня мо­ле­кул по­ві­тря.

У рі­ди­нах мо­ле­ку­ли роз­та­шо­ва­ні до­сить щіль­но, на­че кар­то­пли­ни у мі­шку. Ті­сно! То­му уяви: во­ни ту­пцю­ють май­же на одно­му мі­сці, зрід­ка ви­ска­ку­ю­чи з ото­че­н­ня сво­їх су­сі­дів.

У твер­дих ті­лах мо­ле­ку­ли пра­кти­чно весь час пе­ре­бу­ва­ють у не­змін­но­му по­ло­жен­ні. Те­пло­вий рух про­яв­ля­є­ться у то­му, що мо­ле­ку­ли без­пе­рерв­но ко­ли­ва­ю­ться нав­ко­ло по­ло­же­н­ня рів­но­ва­ги.

Свер­длі­н­ня гар­мат за ча­сів Бен­джа­мі­на Том­псо­на від­бу­ва­лось з ви­ко­ри­ста­н­ням ро­бо­ти ко­ней

Рій мо шк ар и

Newspapers in Ukrainian

Newspapers from Ukraine

© PressReader. All rights reserved.