Да­рія Бі­да. Що та­ке те­пло­та? Ча­сти­на 2

Kolosok - - ЗМІСТ - Да­рія Бі­да

ВНУ­ТРІ­ШНЯ ЕНЕР­ГІЯ

Мо­ле­ку­ли у всіх ті­лах зна­хо­дя­ться у не­пе­рерв­но­му ру­сі та вза­є­мо­ді­ють між со­бою. Енер­гію їхньо­го ру­ху і вза­є­мо­дії на­зи­ва­ють вну­трі­шньою. По­годь­ся, тер­мін хо­ро­ший і зро­зумі­лий, адже но­сії ці­єї енер­гії зна­хо­дя­ться все­ре­ди­ні ті­ла.

До вну­трі­шньої енер­гії, як і до ін­ших її ви­дів, у люд­ства пра­кти­чний інтерес. Щоб зро­зу­мі­ти, як мо­жна ви­ко­ри­ста­ти вну­трі­шню енер­гію, тре­ба від­по­ві­сти на за­пи­та­н­ня: як її мо­жна змі­ни­ти, тоб­то як за­бра­ти у ті­ла або, нав­па­ки, пе­ре­да­ти йо­му.

Один зі сп­осо­бів змі­ни вну­трі­шньої енер­гії ті­ла – те­пло­об­мін – до­бре то­бі зна­йо­мий. Зні­ма­єш га­ря­чий чай­ник з пли­ти, а за де­який час він охо­ло­джу­є­ться і від­дає ча­сти­ну сво­єї енер­гії нав­ко­ли­шньо­му повітрю. Між чай­ни­ком і по­ві­трям від­був­ся те­пло­об­мін. Ти го­ту­єш чай і на­ли­ва­єш га­ря­чу во­ду у склян­ку. Зно­ву те­пло­об­мін – між ча­єм і стін­ка­ми склян­ки. А якщо за­ли­шив га­ря­чий на­пій на сто­лі, то вна­слі­док те­пло­об­мі­ну ча­сти­на вну­трі­шньої енер­гії на­пою по­тра­пить у нав­ко­ли­шнє се­ре­до­ви­ще.

Ве­ли­чи­ну вну­трі­шньої енер­гії, яка під час те­пло­об­мі­ну пе­ре­да­є­ться від одно­го ті­ла до ін­шо­го, на­зи­ва­ють кіль­кі­стю те­пло­ти.

КО­ЛИ МО­ЖЛИ­ВИЙ ТЕ­ПЛО­ОБ­МІН?

Ко­ли ті­лу пе­ре­да­є­ться те­пло­та, йо­го вну­трі­шня енер­гія збіль­шу­є­ться. Те­пло­та і тем­пе­ра­ту­ра ті­сно пов’яза­ні між со­бою, але ти ро­зу­мі­єш, що це не одне й те са­ме. До­ки пла­ви­ться лід, тем­пе­ра­ту­ра йо­го не змі­ню­є­ться, хоч те­пло­ту він по­гли­нає. Отож, на­да­на ті­лу те­пло­та не завжди змі­нює йо­го тем­пе­ра­ту­ру. А ось змі­на тем­пе­ра­ту­ри ті­ла завжди спри­чи­няє змі­ну енер­гії ру­ху йо­го мо­ле­кул, а от­же, і змі­ну вну­трі­шньої енер­гії.

Що біль­ше ті­ло, то біль­ше у ньо­му ча­сти­нок, то­му й за­галь­на їхня енер­гія біль­ша. То­му дві за­лі­зні куль­ки – ма­лень­ка і ве­ли­ка – за одна­ко­вої тем­пе­ра­ту­ри ма­ють рі­зну вну­трі­шню енер­гію. Але чи озна­чає це, що між ни­ми від­бу­де­ться те­пло­об­мін? Чи бу­де вну­трі­шня енер­гія від біль­шої куль­ки пе­ре­да­ва­ти­ся до мен­шої? Адже за­пас вну­трі­шньої енер­гії ве­ли­кої ку­лі біль­ший, ніж у ма­лої. До­слі­ди під­твер­джу­ють: між дво­ма ті­ла­ми, що ма­ють одна­ко­ву тем­пе­ра­ту­ру, але рі­зні ма­си, те­пло­об­мін не від­бу­ва­є­ться. От­же, рі­зни­ця вну­трі­шніх енер­гій тіл не є під­ста­вою для те­пло­об­мі­ну між ни­ми.

Якщо ж кон­такт від­бу­ва­є­ться між ті­ла­ми з рі­зною тем­пе­ра­ту­рою, про­цес пе­ре­да­чі вну­трі­шньої енер­гії не­ми­ну­чий. Ма­ле­сень­кий шма­ток за­лі­за від­дасть ча­сти­ну сво­єї вну­трі­шньої енер­гії ве­ли­кій за­лі­зній ку­лі, якщо йо­го тем­пе­ра­ту­ра хо­ча б не­зна­чно біль­ша, ніж тем­пе­ра­ту­ра ку­лі.

От­же, обмін вну­трі­шньою енер­гі­єю між ті­ла­ми мо­жли­вий ли­ше за на­яв­но­сті рі­зни­ці тем­пе­ра­тур. І що біль­ша ця рі­зни­ця, то ін­тен­сив­ні­ший те­пло­об­мін.

ВИ­МІ­РЮ­ВА­Н­НЯ ТЕМ­ПЕ­РА­ТУ­РИ

У дав­ни­ну про тем­пе­ра­ту­ру ті­ла ви­сно­вок ро­би­ли на до­тик, за від­чу­т­тя­ми. Ідеї що­до при­ла­ду для ви­мі­рю­ва­н­ня тем­пе­ра­ту­ри з’яви­ли­ся у XVI сто­літ­ті. У 1597 ро­ці Га­лі­лео Га­лі­лей де­мон­стру­вав на сво­їх ле­кці­ях тер­мо­скоп – про­образ пер­шо­го тер­мо­ме­тру. Це бу­ла скля­на труб­ка з роз­ши­ре­н­ням у верх­ній ча­сти­ні, опу­ще­на в по­су­ди­ну з рі­ди­ною. За на­грі­ва­н­ня по­ві­тря роз­ши­рю­ва­ло­ся, і ви­со­та стов­пчи­ка рі­ди­ни у труб­ці змен­шу­ва­ла­ся, а за охо­ло­дже­н­ня по­ві­тря рі­ди­на, нав­па­ки, під­ні­ма­ла­ся. Але ця змі­на за­ле­жа­ла не ли­ше від тем­пе­ра­ту­ри, але й від атмо­сфер­но­го ти­ску. Су­ча­сни­ки Га­лі­лея вдо­ско­на­ли­ли тер­мо­скоп, до­дав­ши до ньо­го шка­лу. Зго­дом труб­ку за­пов­ни­ли спир­том, ви­ка­ча­ли з неї по­ві­тря, за­па­я­ли і пе­ре­вер­ну­ли. За на­грі­ва­н­ня спирт збіль­шу­вав­ся в об’ємі, і рі­вень рі­ди­ни в труб­ці під­ні­мав­ся. Цей при­лад мо­жна на­зва­ти пер­шим тер­мо­ме­тром.

У 1702 ро­ці Гі­йом Амон­тон удо­ско­на­лив тер­мо­метр Га­лі­лея: на­пов­нив рту­т­тю U-по­ді­бну труб­ку, один кі­нець якої був від­кри­тий, а дру­гий з’єд­на­ний з ба­ло­ном, у яко­му бу­ла ро­бо­ча ре­чо­ви­на – по­ві­тря. Це був пер­ший га­зо­вий тер­мо­метр. Бу­ли й ін­ші тер­мо­ме­три, але ко­жний кон­стру­ктор вста­нов­лю­вав свою тем­пе­ра­тур­ну шка­лу. Отож, тер­мо­ме­три рі­зної кон­стру­кції за одна­ко­вих умов по­ка­зу­ва­ли рі­зну тем­пе­ра­ту­ру.

При­да­тні для пра­кти­чних ці­лей тер­мо­ме­три впер­ше ви­го­то­вив гол­ланд­ський май­стер-скло­дув Фа­рен­гейт на по­ча­тку XVIII сто­лі­т­тя. Один і той са­мий тер­мо­метр завжди дає одна­ко­ві по­ка­зи, якщо йо­го опу­сти­ти у су­міш во­ди і льо­ду або у ки­пля­чу во­ду. То­му вче­ні зро­би­ли ви­сно­вок, що про­це­си плав­ле­н­ня льо­ду і ки­пі­н­ня рі­ди­ни завжди про­ті­ка­ють за ста­лої тем­пе­ра­ту­ри. Рту­тні і спир­то­ві тер­мо­ме­три Фа­рен­гей­та ма­ли та­ку ж фор­му, як і су­ча­сні. Ре­пер­ни­ми то­чка­ми у цих шка­лах бу­ли: 1) рів­но­ва­жна тем­пе­ра­ту­ра су­мі­ші во­ди, на­ша­тир­но­го спир­ту і ку­хон­ної со­лі у про­пор­ції 1:1:1 – 0 °F; (Фа­рен­гейт вва­жав, що це най­ниж­ча тем­пе­ра­ту­ра, яку мо­жна отри­ма­ти шту­чно); 2) тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­н­ня льо­ду 32 °F; 3) нор-

маль­на тем­пе­ра­ту­ра ті­ла лю­ди­ни 96 °F. Тем­пе­ра­ту­ра ки­пі­н­ня во­ди (212 °F) не ви­ко­ри­сто­ву­ва­ла­ся у цій шка­лі як опор­на то­чка. Шка­ла Фа­рен­гей­та до­сі ви­ко­ри­сто­ву­є­ться у Ан­глії та США.

У Єв­ро­пі основ­на шка­ла не зов­сім за­слу­же­но но­сить ім’я швед­сько­го фі­зи­ка і астро­но­ма Цель­сія. Цель­сій ви­ко­ри­став при­лад, який впер­ше за­про­по­ну­ва­ли швед­ський бо­та­нік Лін­ней і астро­ном Штре­мер. Шка­лу цьо­го тер­мо­ме­тра між то­чка­ми та­не­н­ня льо­ду і ки­пі­н­ня во­ди вче­ний по­ді­лив на 100°. Щоб уни­кну­ти від’єм­них зна­чень під час ви­мі­рю­ва­н­ня низь­ких тем­пе­ра­тур, він прийняв то­чку за­мер­за­н­ня во­ди за 100°, а ки­пі­н­ня во­ди – за 0°. Але „пе­ре­вер­ну­та” шка­ла йо­го по­пе­ре­дни­ків, за якою тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­н­ня льо­ду від­по­від­а­ла 0°, а ки­пі­н­ня во­ди – 100°, ви­яви­ла­ся зру­чні­шою. Цей тер­мо­метр дов­го на­зи­ва­ли швед­ським. Але зго­дом хтось по­мил­ко­во ви­тлу­ма­чив зна­че­н­ня лі­те­ри „С” на шка­лі тер­мо­ме­тра і при­пи­сав йо­го ви­на­хід Цель­сію (Celsius), ро­бо­ти яко­го що­до вдо­ско­на­ле­н­ня тер­мо­ме­тра бу­ли до­бре зна­ні.

Що ж озна­чає „С” на шка­лі тер­мо­ме­тра? Це пер­ша лі­те­ра сло­ва „Centigrade” – сто­гра­ду­сний. Але ве­ли­ка си­ла звички: ми й до­сі го­во­ри­мо про гра­ду­си Цель­сія!

У 1848 ро­ці ан­глій­ський фі­зик Ві­льям Том­сон (лорд Кель­він) до­вів мо­жли­вість ство­ре­н­ня аб­со­лю­тної шка­ли тем­пе­ра­тур, ну­льо­вий від­лік якої не за­ле­жить від вла­сти­во­стей ре­чо­ви­ни, що за­пов­нює тер­мо­метр. Ця то­чка від­по­від­ає тем­пе­ра­ту­рі –273,15 °С (0 К). За ці­єї тем­пе­ра­ту­ри при­пи­ня­є­ться те­пло­вий рух мо­ле­кул. Ниж­чої тем­пе­ра­ту­ри у при­ро­ді не існує.

Тем­пе­ра­тур­ні ме­жі жи­т­тя ви­зна­ча­ю­ться твер­дне­н­ням клі­тко­вої рі­ди­ни (ни­жня ме­жа охо­ло­дже­н­ня) і згор­та­н­ням в ній біл­ка (вер­хня ме­жа на­грі­ва­н­ня). Вер­хня ме­жа – при­бли­зно 100° С, і ли­ше у де­яких ба­кте­рій во­на ви­ща. Ни­жня ме­жа змі­ню­є­ться у ши­ро­ко­му ді­а­па­зо­ні, бо у ба­га­тьох ви­пад­ках за­мо­ро­жу­ва­н­ня при­зво­дить до ана­біо­зу (при­зу­пи­не­н­ня жит­тє­ді­яль­но­сті).

Ви­щі тва­ри­ни під­три­му­ють ста­лу тем­пе­ра­ту­ру ті­ла, ви­ро­бля­ю­чи те­пло­ту. Тем­пе­ра­ту­ра хо­ло­дно­кров­них за­ле­жить від тем­пе­ра­ту­ри нав­ко­ли­шньо­го се­ре­до­ви­ща і тро­хи ви­ща за неї. Що кру­пні­ша тва­ри­на, то по­мі­тні­ша ця рі­зни­ця. Ма­лень­ка фо­рель ли­ше на 0,012 ° С те­плі­ша, ніж во­да, а тем­пе­ра­ту­ра кру­пно­го тун­ця май­же на 6 ° С ви­ща, ніж тем­пе­ра­ту­ра во­ди.

Най­спе­ко­тні­ше мі­сце – „по­люс cпе­ки” – Ель-Азі­зія у Лі­вії. Тут у т іні т ер­мо­ме­три за­фікс ува­ли тем­пе­ра­ту­ру 57,7 С.

0 Най­хо­ло­дні­ше мі­сце – („по­люс х оло­ду”) у Пів ден­ній пів­ку - лі – Ан­тар­кти­да, а у Пів­ні­чній – Ой­мя­кон у Яку­тії. В Ан­тар­кти­ді на стан­ції „Во­сток” за­фі­ксо­ва­на тем­пе­ра­ту­ра –89,2 ° С у ли­пні 1983 ро­ку. В Ой­мя­ко­ні спос те­рі­га­ла­ся тем­пе­ра­ту­ра –71,2 ° С у лю то­му 1926 ро­ку.

Ра­йон най­мен­шої рі­зни­ці тем­пе­ра­тур взим­ку і влі­тку – м. Кіт о в Еква­до­рі і Мар­ша­ло­ві остро­ви, роз та­шо­ва­ні у Т ихо­му оке­а­ні на еква то­рі. Т ут рі­зниц я тем­пе­ра­тур по­віт ря взим­ку т а влі­тку ста­но­вить 0,4 ° С.

Ра­йон най­біль­шої рі­зни­ці т ем­пе­ра­тур взим­ку т а вліт - ку – Ой­мя­кон. Ц я рі­зниц я с ягає 102 г ра­ду­сів (–71 ° С взим­ку т а +31 ° С влі­тку).

Кон­ти­нент із най­ниж чою у сві­ті се­ре­дньо­рі­чною тем­пе­ра­ту­рою –57,8 ° С – Ан­тар­кти­да.

Ра­йон най­ви­щої т ем­пе­ра­ту­ри мор­ської во­ди – Пер­ська за­то­ка на пів ден­но­му за­хо­ді Азії. Тут за­фі­ксо­ва­на тем­пе­ра­ту­ра во­ди у верх­ніх ша­рах +35,6 ° С.

Ра­чки, які жи­вуть в озе­рах Ара­вій­сько­го пів­остро­ва за тем­пе­ра­тур, ниж­чих, ніж +35 ° С, ги­нуть від „хо­ло­ду”.

Спо­ри і де­я­кі при­мі­тив­ні тва­ри­ни (на­при­клад, ко­ло­вер­тки) ви­жи­ва­ють за тем­пе­ра­тур, близь­ких до аб­со­лю­тно­го ну­ля.

Тем­пе­ра­ту­ра рі­зних ча­стин ті­ла лю­ди­ни рі­зна (під па­хвою – 36,8 ° С, у ро­то­вій по­ро­жни­ні –37,2 ° С) і мо­же під­ні­ма­ти­ся до 42 ° С.

Спо­ри і на­сі­н­ня де­яких ро­слин вит ри­му­ють впро­довж дов­го­го час у не­спри­ят ли­ві умо­ви. На­прик лад, спо­ри плі­се­ні вит ри­му­ють наг рі­ва­н­ня до +170 ° С і о хо­ло­дже­н­ня до –273 ° С. Але рос те пліс ень за тем­пе­ра­ту­ри не ниж че, ніж –6 ° С. Спо­ри ін­ших ви­дів г ри­бів не г инуть за т ем­пе­ра­ту­ри –250 ° С, а зер­на зла­ків про­ро­ста­ють на­віть піс ля охо­ло­дже­н­ня до –269 ° С.

Newspapers in Ukrainian

Newspapers from Ukraine

© PressReader. All rights reserved.