Πλησιάζοντας τη ζεστασιά

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

«Σήμερα τα παιδιά μαθαίνουν τις σωστές ιδέες για τη ζεστασιά ήδη στην έβδομη τάξη».

(Από τη συλλογή "Ανέκδοτα μεγάλων επιστημόνων")

… Η στέπα του Καζακστάν καμένη από τον Ήλιο. Επιστήμονες από μια μικρή ομάδα εκστρατειών, σκουπίζοντας τον ιδρώτα, παρατηρούν τις σάιγκα. Αυτοί οι επιστήμονες διεξάγουν υπεύθυνη επιστημονική έρευνα. Θέλουν να επιβεβαιώσουν πειραματικά τα λόγια του ακαδημαϊκού Timiryazev: "".

Η μεθοδολογία των επιστημόνων μας δεν είναι πουθενά πιο απλή. Παρακολουθούν πόσο γρασίδι τρώνε τα ζώα στο φυσικό τους περιβάλλον. Η περιεκτικότητα σε θερμίδες αυτής της ζωοτροφής - δηλ. η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν καίγεται σε θερμιδόμετρο είναι ήδη γνωστή στους επιστήμονες. Μένει μόνο να συγκρίνουμε την ποσότητα αυτής της «δυνητικής ενέργειας» που περιέχεται στο φαγητό της σάιγκα με το έργο που παράγουν οι μύες της κατά τη διάρκεια της ζωής της.

Αλλά … όσο περισσότερο παρατηρούσαν οι επιστήμονες, τόσο πιο μελαγχολία γινόταν. Βλέπετε, αυτοί οι σάιγκα κατά κάποιο τρόπο έκαναν λάθος. Έφαγαν λίγο - ο αριθμός των θερμίδων στις μερίδες τους αποδείχθηκε αρκετές φορές μικρότερος από την κατανάλωση ενέργειας των μυών τους. Τα αποθέματα λίπους δεν είχαν καμία σχέση με αυτό - ποια είναι τα αποθέματά σας λίπους το καλοκαίρι; Το πιο προσβλητικό ήταν ότι οι σάιγκα ανέτρεψαν όλους τους "επιστημονικά θεμελιωμένους κανόνες": η περιεκτικότητα σε θερμίδες του φαγητού τους δεν ήταν σαφώς αρκετή για τη ζωή και έδειχναν αρκετά χαρούμενοι… Εδώ είναι μια γοητευτική σάιγκα, που κλείνει το μάτι στους επιστήμονες, με χάρη σηκώνοντας την ουρά του και βγάζοντας άλλη μια παρτίδα κακών. «Είδες τι κάνει; - ένας παρατηρητής δεν μπόρεσε να αντισταθεί. - Μας κοροϊδεύει, μηρυκαστικό πλάσμα! - «Ηρέμησε συνάδελφε! - απάντησε ο δεύτερος. - Αντίθετα, μας λέει: δεν έχουμε φέρει το πείραμα στο τέλος! Αυτό το … το σανό πέρασε από την αγελάδα - ξεραμένο, καίγεται επίσης! Οι ντόπιοι το χρησιμοποιούν ως καύσιμο!». - «Θες να πεις, συνάδελφε, ότι αυτό… αυτό πολύ… έχει και θερμιδικό περιεχόμενο;». - "Ακριβώς! Και θα το μετρήσουμε!».

Όχι νωρίτερα. Το θερμιδόμετρο δεν είχε καμία πλάκα όταν έκαιγαν τα κακά σε αυτό - αλλά για χάρη της επιστήμης έπρεπε να αντέξω. Ωστόσο, οι ερευνητές διασκέδασαν ακόμη λιγότερο όταν πείστηκαν ότι η περιεκτικότητα σε θερμίδες των κακών είναι ίδια με την περιεκτικότητα σε θερμίδες της αρχικής ζωοτροφής. Αποδείχθηκε ότι στο επίπεδο της «δυνητικής ενέργειας που περιέχεται στην οργανική ύλη» του Timiryazev, το ζώο όχι μόνο καταναλώνει πολύ λιγότερο από ό,τι απαιτείται για τη δουλειά των μυών του, αλλά και απελευθερώνει όση ποσότητα καταναλώνει. Δηλαδή δεν μένει απολύτως τίποτα για να δουλέψουν οι μύες. Οι επιστήμονές μας γνώριζαν καλά ότι τέτοια περίεργα συμπεράσματα δεν ήταν για τις εκθέσεις τους. Ως εκ τούτου, σκόρπισαν στάχτη στα μαλλιά τους - αυτά τα ίδια καμένα κακά - και αυτό ήταν το τέλος.

Και μέχρι στιγμής, η κατάσταση σχετικά με το «θερμιδικό περιεχόμενο του φαγητού» είναι κάποιου είδους hangover. Εάν ρωτήσετε τους διατροφολόγους σχετικά με το πόσες θερμίδες την ημέρα πρέπει να καταναλώνετε με το φαγητό για να "εγγυηθεί η απώλεια βάρους σε δύο εβδομάδες", θα σας εξηγήσουν τα πάντα λεπτομερώς - επιπλέον, θα τις πάρουν φθηνά και δεν θα ανοιγοκλείνουν μάτι. Η δουλειά τους είναι αυτή… Αλλά ρωτάμε τους ακαδημαϊκούς: από πού προέρχονται οι θερμίδες που χρησιμοποιούν οι σάιγκα για να περπατήσουν, να μασήσουν και να σηκώσουν την ουρά τους; Και αυτή η ερώτηση δεν αρέσει πολύ στους ακαδημαϊκούς. Οδυνηρά, τους νιώθει άβολα. Το μέγιστο που μπορείτε να επιτύχετε από αυτά είναι μια έκκληση στο γεγονός ότι οι ζωντανοί οργανισμοί, λένε, είναι τα πιο περίπλοκα εξαιρετικά οργανωμένα συστήματα και επομένως, λένε, δεν έχουν ακόμη μελετηθεί επαρκώς. Εσείς λοιπόν, θείοι, στο πλαίσιο της μελέτης των ζωντανών οργανισμών, κρατάτε μαμά για τα αποτελέσματα των θερμιδομετρικών μετρήσεων όπως αυτές που περιγράφονται παραπάνω; Ή φοβάστε ότι θα πρέπει να κοκκινίσετε όταν σας γελούν τα παιδιά; Λοιπόν, εδώ είναι μια αποδεδειγμένη λαϊκή θεραπεία για εσάς: τρίψτε το ρύγχος παντζαριού σας - αν κοκκινίσετε, δεν θα είναι τόσο αισθητό.

Πώς ήρθαν οι ακαδημαϊκοί σε αυτή τη ζωή; Εντάξει, ακόμα κι αν οι ζωντανοί οργανισμοί είναι πολύ δύσκολοι για αυτούς. Αλλά σε μια άψυχη ουσία, η οποία υπόκειται στη δράση μόνο φυσικών και χημικών νόμων - τότε οι ερωτήσεις με τις θερμίδες πρέπει να είναι εντελώς διαφανείς; Δεν μιλάμε για τα φαινόμενα που εντοπίζονται σε επιταχυντές και επιταχυντές. Είναι φαινόμενα που ο καθένας μπορεί να αναπαράγει στη δική του κουζίνα. Φαίνεται ότι η κολοσσιαία πρακτική εμπειρία θα έπρεπε να είχε διαμορφωθεί σε εντελώς ξεκάθαρες ιδέες για τη ζεστασιά. Αλλά θα σας πούμε πώς πραγματικά διαμορφώθηκε αυτή η εμπειρία.

Ακόμη και οι αρχαίοι φιλόσοφοι στο ζήτημα της φύσης της θερμότητας χωρίστηκαν σε δύο στρατόπεδα. Μερικοί πίστευαν ότι η θερμότητα είναι μια ανεξάρτητη ουσία. όσο περισσότερο βρίσκεται στο σώμα, τόσο πιο ζεστό είναι. Άλλοι πίστευαν ότι η θερμότητα είναι μια εκδήλωση κάποιας ιδιότητας που είναι εγγενής στην ύλη: σε μια δεδομένη κατάσταση της ύλης, το σώμα είναι ψυχρότερο ή θερμότερο. Στο Μεσαίωνα κυριάρχησε η πρώτη από αυτές τις έννοιες, κάτι που είναι εύκολο να εξηγηθεί. Οι έννοιες της δομής της ύλης σε ατομικό και μοριακό επίπεδο δεν είχαν αναπτυχθεί τότε εντελώς - και επομένως ήταν μυστήριο αυτή η ιδιότητα της ύλης που θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για τη θερμότητα. Οι φιλόσοφοι, στη συντριπτική πλειοψηφία, δεν μπήκαν στον κόπο να προσπαθήσουν να βρουν αυτή τη μυστηριώδη ιδιότητα - αλλά, καθοδηγούμενοι από το ένστικτο της αγέλης, τήρησαν τη βολική έννοια της θερμότητας ως «θερμογόνου ύλης».

Ω, πόσο επίμονα το τήρησαν - σε κράμπες στους μύες που πιάνουν. Κατανοήστε: η θερμογόνος ύλη, όπως ήταν, μεταφέρεται από τα θερμά σε κρύα σώματα όταν έρχονται σε επαφή. Όσο περισσότερη θερμιδική ύλη στο σώμα, τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του σώματος. Τι είναι η θερμοκρασία; Και αυτό είναι απλώς ένα μέτρο του περιεχομένου της θερμογόνου ύλης. Εάν η θερμογόνος ύλη μεταφερθεί από δεξιά προς τα αριστερά, τότε η θερμοκρασία είναι υψηλότερη στα δεξιά. Και αντίστροφα. Εάν η θερμογόνος ύλη δεν μεταφερθεί ούτε προς τα δεξιά ούτε προς τα αριστερά, τότε οι θερμοκρασίες δεξιά και αριστερά είναι ίδιες. Αφήστε τις έννοιες της «θερμογόνου ύλης» και της «θερμοκρασίας» να αποδειχθεί ότι συνδέονται με έναν λογικό φαύλο κύκλο, αλλά κατά τα άλλα όλα ήταν καταπληκτικά. Ήταν ακόμη δυνατό να εξαχθούν πρακτικά συμπεράσματα: για να θερμανθεί ένα σώμα, είναι απαραίτητο να προσθέσουμε θερμογόνο ύλη σε αυτό - σε σύγκριση με αυτό που έχει ήδη. Και για μια τέτοια προσθήκη απαιτείται πιο θερμαινόμενο σώμα, διαφορετικά δεν θα μεταφερθεί η θερμογόνος ύλη. Λάμψη! Με βάση αυτές τις ιδέες, κατασκευάστηκαν θερμικές μηχανές που λειτουργούσαν! Διατυπώθηκε ακόμη και η αρχή της ακαταστροφής της θερμογόνου ύλης, δηλαδή, στην πραγματικότητα, ο νόμος της διατήρησης της θερμότητας!

Φυσικά, σήμερα μας είναι εύκολο να μιλήσουμε για την αφέλεια αυτών των μεσαιωνικών παραξενιών. Σήμερα γνωρίζουμε ότι η θερμότητα είναι μια από τις μορφές ενέργειας και ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας δεν λειτουργεί για καμία από τις μορφές της. Αυτός ο νόμος λειτουργεί για την ενέργεια συνολικά - λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι ορισμένες μορφές ενέργειας μπορούν να μετατραπούν σε άλλες. Αλλά σε εκείνη την εποχή που η θερμογόνος ύλη θεωρούνταν αναπόσπαστο μέρος του Σύμπαντος, η αρχή της άφθαρσής της, λόγω των αξιώσεων για την παγκόσμια εμβέλεια, οδήγησε τους φιλοσόφους σε δέος. Για πειραματική επιβεβαίωση αυτής της αρχής - αλήθεια, όχι σε καθολική, αλλά σε τοπική κλίμακα - επινοήθηκαν και τέθηκαν σε χρήση αυτά τα κουτιά με διπλό πάτο, που ονομάζονται θερμιδόμετρα.

Είναι εκπληκτικό: στην πορεία της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου, από μηχανικά χρονόμετρα, πρώτα άλλαξαν σε χαλαζία και μετά σε ατομικά ρολόγια, από ταινίες μέτρησης γης άλλαξαν σε αποστασιοποιητές λέιζερ και μετά σε δέκτες GPS - και μόνο οι θερμιδόμετροι γύρισαν είναι απολύτως αναντικατάστατο στο θέμα των θερμικών επιδράσεων άμεσου προσδιορισμού. Μέχρι τώρα, τα θερμιδόμετρα εξυπηρετούν πιστά τους χρήστες τους: οι χρήστες πιστεύουν σε αυτά και πιστεύουν ότι με τη βοήθειά τους γνωρίζουν την αλήθεια. Και στο Μεσαίωνα τους προσευχόταν, τους προστατεύονταν από το κακό μάτι, ακόμη και τους υποκαπνίζονταν με θυμίαμα - το οποίο όμως δεν βοήθησε πολύ. Εδώ, δείτε: η υπό μελέτη διαδικασία προχώρησε σε ένα ποτήρι με θερμοαγώγιμα τοιχώματα, το οποίο βρισκόταν μέσα σε ένα μεγάλο ποτήρι γεμάτο με ρυθμιστική ουσία. Εάν, κατά τη διάρκεια της υπό μελέτη διεργασίας, η θερμογόνος ύλη απελευθερώθηκε ή απορροφήθηκε, τότε η θερμοκρασία της ρυθμιστικής ουσίας, αντίστοιχα, αυξήθηκε ή μειώθηκε. Η μετρούμενη τιμή και στις δύο περιπτώσεις ήταν η διαφορά θερμοκρασίας της ρυθμιστικής ουσίας πριν και μετά την υπό μελέτη διεργασία - αυτή η διαφορά προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας ένα θερμόμετρο. Voila! Είναι αλήθεια ότι μια μικρή δυσκολία ανακαλύφθηκε γρήγορα. Οι μετρήσεις επαναλήφθηκαν με την ίδια διαδικασία δοκιμής, αλλά με διαφορετικές ρυθμιστικές ουσίες. Και αποδείχθηκε ότι τα ίδια βάρη διαφορετικών ρυθμιστικών ουσιών, αποκτώντας την ίδια ποσότητα θερμογόνου ύλης, θερμαίνονται κατά διαφορετικές ποσότητες μοιρών. Χωρίς να το σκεφτούν δύο φορές, οι δάσκαλοι των θερμικών υποθέσεων εισήγαγαν στην επιστήμη ένα ακόμη χαρακτηριστικό των ουσιών - τη θερμοχωρητικότητα. Αυτό είναι πολύ απλό: η θερμοχωρητικότητα είναι μεγαλύτερη για την ουσία που περιέχει περισσότερη θερμογόνο ύλη για να θερμανθεί κατά τον ίδιο αριθμό μοιρών, ενώ όλα τα άλλα είναι ίσα. Περίμενε περίμενε! Στη συνέχεια, για να προσδιοριστεί το θερμικό αποτέλεσμα με τη θερμιδομετρική μέθοδο, απαιτείται να γνωρίζουμε εκ των προτέρων τη θερμοχωρητικότητα της ρυθμιστικής ουσίας! Πως ξέρεις? Οι θερμομάστορες, χωρίς να ζορίζονται, έδωσαν απάντηση και σε αυτό το ερώτημα. Γρήγορα συνειδητοποίησαν ότι τα κουτιά τους είναι συσκευές διπλής χρήσης που είναι κατάλληλες για τη μέτρηση όχι μόνο θερμικών επιδράσεων, αλλά και θερμικής ικανότητας. Εξάλλου, αν μετρήσετε τη διαφορά θερμοκρασίας της ρυθμιστικής ουσίας και γνωρίζετε την ποσότητα της ύλης που δημιουργεί θερμότητα που απορροφάται από αυτήν, τότε η επιθυμητή θερμική χωρητικότητα βρίσκεται στην ασημένια πιατέλα σας! Και έτσι έγινε: οι θερμικές επιδράσεις μετρήθηκαν με βάση τη γνώση των θερμικών δυνατοτήτων και οι θερμικές ικανότητες αναγνωρίστηκαν με βάση τις μετρήσεις των θερμικών επιδράσεων. Και αν κάποιος, όχι από κακία, αλλά καθαρά από περιέργεια, ρωτούσε: «Τι μέτρησες πρώτα - θερμότητα ή θερμοχωρητικότητα;» - τότε του απάντησαν με αυτό το πνεύμα: "Άκου, έξυπνο, τι ήρθε πρώτο - ένα κοτόπουλο ή ένα αυγό;" - και ο σοφός κατάλαβε ότι δεν έπρεπε να κάνει ηλίθιες ερωτήσεις.

Εν ολίγοις: αν δεν κάνετε ανόητες ερωτήσεις, τότε όλα ήταν καλά στη θερμιδομετρική μέθοδο, με εξαίρεση μια απόχρωση. Από την αρχή, αυτή η μέθοδος βασίστηκε στο βασικό αξίωμα ότι η θερμογόνος ύλη μπορεί να ρέει μόνο από πιο θερμαινόμενα σώματα σε λιγότερο θερμαινόμενα σώματα. Τότε κανείς δεν είχε σκεφτεί ένα απλό πράγμα: αν αυτό το βασικό αξίωμα είναι σωστό, τότε με την πάροδο του χρόνου οι θερμοκρασίες όλων των σωμάτων θα εξισωθούν - και, όπως λένε, αμήν. Ωστόσο, αν κάποιος το είχε σκεφτεί, εύλογα θα του είχε αντιρρήσει ότι το σχέδιο του Θεού δεν μπορούσε να περιέχει τέτοια βλακεία - και σε αυτό όλοι θα είχαν ηρεμήσει.

Με μια λέξη, η έννοια της θερμογόνου ύλης στην επιστήμη ζεσταίνεται άνετα. Επομένως, ο δικός μας Λομονόσοφ, με την ρουστίκ απλότητά του, δεν ταίριαζε σε αυτό το ειδύλλιο. Άλλωστε, δεν τηρούσε ορισμένες έννοιες, τις ερεύνησε -και πρόσφερε ως αντάλλαγμα πιο επαρκείς. Στο "Reflections on the shkak της ζεστασιάς και του κρύου" (1744) ο Lomonosov διατύπωσε ξεκάθαρα την αιτία της θερμότητας - που είναι "" των σωματιδίων του σώματος. Παρεμπιπτόντως, έβγαλε αμέσως ένα εκπληκτικό συμπέρασμα: "". Σήμερα, χρησιμοποιείται ένας πιο επιστημονικός όρος - "απόλυτο μηδέν θερμοκρασία", αλλά το όνομα του Lomonosov δεν αναφέρεται. Είχε άλλωστε την απερισκεψία να καταστρέψει την έννοια της θερμογόνου ύλης! Έτσι, έγραψε ότι οι φιλόσοφοι δεν έδειξαν - "". «» Εάν οι φιλόσοφοι είχαν χρησιμοποιήσει τότε τις μεθόδους της κβαντικής μηχανικής, θα είχαν καταλήξει σε κάποιο είδος «μείωσης της θερμικής λειτουργίας». Αν και, παρ' όλο τον «μεσαιωνικό σκοταδισμό», θεωρήθηκε απρεπές να είναι τόσο ειλικρινά ηλίθιο - έγινε κοινός τόπος μόλις τον εικοστό αιώνα. Υπήρχε ακόμη μεγάλη αναμονή … Και ο Λομονόσοφ τακτοποίησε την ακόλουθη αυταπάτη - σχετικά με το βάρος της "θερμογόνου ύλης". "". Αλίμονο, ο γνωστός Robert Boyle έχει κάνει κάτι λάθος: όταν το μέταλλο ψήνεται, σχηματίζεται λέπια πάνω του και το βάρος του δείγματος αυξάνεται - αλλά λόγω της ουσίας που προστίθεται ως αποτέλεσμα της οξειδωτικής αντίδρασης. "", Εξάλλου, "". Αλλά ο Λομονόσοφ έκανε επίσης τον έλεγχο "".

Σε σύγκριση με αυτά τα καταστροφικά επιχειρήματα, ολόκληρο το δόγμα της θερμιδικής ύλης ήταν παιδική φλυαρία - ακόμη και οι μαθητευόμενοι σε χημικά εργαστήρια το κατάλαβαν αυτό. Αλλά οι ακαδημαϊκοί δάσκαλοι δεν αναγνώρισαν τη δικαιοσύνη του Lomonosov - κράτησαν σοφά μια θανατηφόρα σιωπή. «Στην υπόθεση, δεν έχουμε τίποτα να διαφωνήσουμε», σκέφτηκαν. «Αλλά δεν μπορεί να είμαστε όλοι ανόητοι, και μόνο αυτός είναι μια ιδιοφυΐα». Επιπλέον, αυτή η σκέψη ήρθε με εμμονή σε όλους τους ακαδημαϊκούς επικεφαλής. Αν και οι ακαδημαϊκοί δεν κατέληξαν σε συμφωνία, εξωτερικά εκδηλώθηκε ως μια παγκόσμια συνωμοσία εκατό δολαρίων. Και ήταν όλοι οι πιο έντιμοι και ευγενείς άνθρωποι. Όσο για την επιλογή - ο ένας ο άλλος είναι πιο ειλικρινής και ευγενής. Ένας τίμιος οδήγησε σε έναν τίμιο και οδήγησε έναν ευγενή.

Πάρτε τον Euler, ο οποίος θεωρούνταν φίλος του Lomonosov. Όταν η Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού ανακοίνωσε διαγωνισμό για το καλύτερο έργο σχετικά με τη φύση της θερμότητας, κέρδισε τον διαγωνισμό και έλαβε το βραβείο Euler, ο οποίος έγραψε στο έργο που παρουσιάστηκε: "" (1752). Αλλά αυτή η περίπτωση Euler ήταν μια εξαίρεση. Οι υπόλοιποι «τίμιοι και ευγενείς» σιώπησαν και περίμεναν υπομονετικά τον θάνατο του Λομονόσοφ (1765). Και μόνο μετά από αυτό, αφού περίμεναν άλλα επτά χρόνια για να είναι πιστοί, άρχισαν και πάλι το κουρδάκι τους για την θερμογόνο ύλη. Βλέπετε, ήταν αδύνατο να παραδεχτεί κανείς ότι ο Λομονόσοφ είχε δίκιο. Τώρα, αν είχε κάνει κάτι μικρό - για παράδειγμα, είχε αποκαλύψει τις αυταπάτες του ίδιου Μπόιλ, και αυτό ήταν - τότε ο νόμος του Λομονόσοφ θα ήταν στα σχολικά βιβλία τώρα, όπως και ο νόμος Μπόιλ-Μαριότ. Και ο Λομονόσοφ παρασύρθηκε και φτυάρισε όλη την επιστήμη εκείνης της εποχής. Συμφωνώ, μην γράφετε στα σχολικά βιβλία "ο πρώτος νόμος του Λομονόσοφ", "ο δεύτερος νόμος του Λομονόσοφ" κ.λπ. - όταν το σκορ πάει σε πολλές δεκάδες! Οι μαθητές θα μπερδευτούν! Γι' αυτό τα φρέσκα πειραματικά δεδομένα, που θα μπορούσαν να ερμηνευτούν με το πνεύμα της θερμογόνου ύλης, πέρασαν με ξέσπασμα.

Και υπάρχουν ορισμένα στοιχεία. Εκείνες τις μέρες, οι φυσιοδίφες είχαν μια μόδα: να αναμειγνύουν τόση ποσότητα κρύου νερού με τάδε ποσότητα ζεστού νερού - και να προσδιορίζουν τη θερμοκρασία του μείγματος που προκύπτει. Η εμπειρία επιβεβαίωσε τον τύπο του Richman: η τιμή της θερμοκρασίας ήταν ένας σταθμισμένος μέσος όρος - στη συγκεκριμένη περίπτωση, με ίσες ποσότητες κρύου και ζεστού νερού, ήταν ο αριθμητικός μέσος όρος. Και έτσι: ο χημικός Black, και στη συνέχεια επίσης ο χημικός Wilke, άρχισαν να ελέγχουν τον τύπο Richmann για την περίπτωση ανάμειξης ζεστού νερού όχι με κρύο νερό, αλλά με πάγο - αποφασίζοντας ότι, στο σημείο τήξης, «αυτός ο πάγος, αυτό το νερό είναι ένα χάλι». Το αποτέλεσμα βγήκε -σήμερα μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα- απολύτως συναρπαστικό. Η τελική θερμοκρασία του νερού για την περίπτωση των αρχικών ίσων βαρών πάγου στο 0^ΟC και νερό στους 70^ΟΤο C αποδείχθηκε ότι απέχει πολύ από τον αριθμητικό μέσο όρο - αποδείχθηκε ότι ήταν ίσο με 0^ΟΣ. Μυαλό; Και μετά! Τα μυαλά ήταν τόσο σκοτεινά που παραδόθηκαν με ενθουσιασμό στην ιδέα της «λανθάνουσας θερμότητας του λιώσιμου πάγου». Σύμφωνα με αυτή την ιδέα, για να λιώσει ο πάγος, δεν αρκεί να θερμανθεί στη θερμοκρασία τήξης, η οποία θα απαιτήσει να του μεταδοθεί μια ορισμένη ποσότητα θερμογόνου ύλης, σύμφωνα με τη θερμική του ικανότητα - θα είναι επίσης απαραίτητο για να προωθήσει μια επιπλέον τεράστια ποσότητα θερμογόνου ύλης στον πάγο, η οποία θα πάει στο λιώσιμο. Είναι αλήθεια ότι κατά τη διάρκεια της τήξης, η θερμοκρασία του πάγου δεν αλλάζει και τα θερμόμετρα δεν αντιδρούν σε αυτήν την πρόσθετη θερμογόνο ύλη - γι 'αυτό η θερμότητα της τήξης ονομάζεται "λανθάνουσα". Όλα είναι μελετημένα! Και, το πιο σημαντικό, η εμπειρία επιβεβαιώνει: όπου, λένε, η παροχή θερμότητας νερού πηγαίνει στα 70^ΟΓ, αν όχι λιώσιμο πάγου;! Έτσι βρήκαμε την αριθμητική τιμή της λανθάνουσας θερμότητας σύντηξής του. Οι ακαδημαϊκοί έκλαιγαν από χαρά - κλείνοντας τα μάτια τους στο γεγονός ότι η λογική των Black and Wilke λειτουργεί κάτω από την απαραίτητη προκαταρκτική υπόθεση: η ποσότητα της ζεστασιάς στη φύση διατηρείται. Με αυτή την παραληρηματική υπόθεση, τα αποτελέσματα των Black and Wilke επιβεβαίωσαν πράγματι την παρουσία θερμογόνου ύλης. Όλα ξεκίνησαν από την αρχή. Ωστόσο, οι προσπάθειες του Lomonosov δεν ήταν μάταιες: η παρούσα θερμιδική ύλη αποδόθηκε σε μια τέτοια συγκεκριμένη ιδιότητα όπως η απουσία βάρους - διαφορετικά, στην πραγματικότητα, αποδείχθηκε αστείο. Και απελευθέρωσαν, αντί για θερμογόνο ύλη, ένα αβαρές θερμιδικό υγρό, για το οποίο επέλεξαν ένα εύστοχο όνομα: θερμιδικό. Και έγιναν όλο και πιο όμορφα από πριν.

Γιατί το συζητάμε τόσο αναλυτικά; Επειδή είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε πώς εμφανίστηκε αυτό το παιχνίδι για τις λανθάνουσες θερμότητες των μετασχηματισμών συσσωματωμάτων στη φυσική - που εξακολουθεί να θεωρείται επιστημονική αλήθεια. Θα πρέπει να πούμε λίγα λόγια για την «επιστημονική φύση» αυτής της «αλήθειας».

Φανταστείτε: το εσωτερικό ποτήρι του θερμιδόμετρου περιέχει νερό και πάγο - σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους και με μια ρυθμιστική ουσία. Αμελητέα άνοδος της θερμοκρασίας, μέχρι τα λεγόμενα. υγρά σημεία - και η ισορροπία φάσης μεταξύ πάγου και νερού θα παραβιαστεί: ο πάγος θα αρχίσει να λιώνει. Από πού θα προέλθει η θερμότητα για αυτό το λιώσιμο; Από μια ρυθμιστική ουσία, ή τι; Αλλά τότε η θερμοκρασία του θα πέσει και η ροή της θερμότητας "για τήξη" θα σταματήσει. Στην πραγματικότητα, όλος ο πάγος θα λιώσει και η θερμοκρασία θα παραμείνει στο σημείο υγρού. Σκάνδαλο!

Ίσως οι σημερινοί ακαδημαϊκοί θεωρούν αυτό το αποτέλεσμα ως κάποιου είδους ενοχλητική εξαίρεση, αφού σε άλλες περιπτώσεις, λένε, τα άκρα συναντώνται τέλεια - για παράδειγμα, κατά τον υπολογισμό της θερμικής ισορροπίας του αστέρα tau-Ceti. Όχι, αγαπητοί μου, εδώ δεν θα κατεβείτε με «εξαίρεση». Κατά τη γνώμη σας, ο σχηματισμός πάγου σε ανοιχτά υδάτινα σώματα θα πρέπει επίσης να συνοδεύεται από ένα θερμικό αποτέλεσμα - μόνο τώρα θα πρέπει να απελευθερωθεί η ίδια «θερμότητα σύντηξης». Εσείς, αγαπητοί μου, μπήκατε στον κόπο να καταλάβετε - σε τι αποτελέσματα πρέπει να οδηγήσει αυτό; Ο πάγος μεγαλώνει από κάτω και η θερμική αγωγιμότητα του πάγου είναι δύο τάξεις μεγέθους χειρότερη από αυτή του νερού. Επομένως, πρακτικά όλη η «θερμότητα της σύντηξης» θα πρέπει να απελευθερωθεί στο νερό κάτω από τον πάγο. Εάν αντικαταστήσουμε τις τιμές αναφοράς στην απλούστερη εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας για την υπό εξέταση περίπτωση, αποδεικνύεται ότι ο σχηματισμός στρώματος πάγου 1 mm θα προκαλούσε θέρμανση ενός παρακείμενου στρώματος νερού 1 mm κατά 70 μοίρες (και Στρώμα νερού 0,5 mm - έως και 140 μοίρες, ωστόσο, ήδη στους 100^ΟΘα άρχιζε να βράζει). Πώς σας φαίνεται αυτό το αποτέλεσμα, αγαπητοί μου; Ίσως θα πείτε ότι δεν έχουμε λάβει υπόψη μας μάταια τη θερμική ανάμειξη του νερού; Πράγματι, στην περιοχή από 0^Ο έως 4^ΟC, το πιο ζεστό νερό βυθίζεται και το πιο κρύο νερό ανεβαίνει. Τι! Αλλά, ακόμη και υπό τις συνθήκες μιας τέτοιας ανάμειξης, αν υπήρχε πηγή θερμότητας στην επιφάνεια του νερού, το νερό πάνω θα ήταν πιο ζεστό από κάτω. Στην πραγματικότητα, το τυπικό προφίλ θερμοκρασίας της Αρκτικής στο νερό κάτω από τον πάγο είναι το εξής: το νερό που έρχεται σε επαφή με τον πάγο έχει θερμοκρασία κοντά στο σημείο πήξης και καθώς αυξάνεται το βάθος (μέσα σε ένα συγκεκριμένο στρώμα), η θερμοκρασία αυξάνεται. Αυτό είναι προφανές απόδειξη: δεν υπάρχει ροή θερμότητας στο νερό από τον πάγο, ακόμη και από τον αυξανόμενο πάγο. Οι ωκεανολόγοι το κατάλαβαν αυτό εδώ και πολύ καιρό, έτσι εφηύραν έναν τέτοιο ανόητο: "". Τι κάνει στη συνέχεια αυτή η ζεστασιά, η οποία υπολογίζεται, σε περιφερειακή κλίμακα, σε τρισεκατομμύρια χιλιοθερμίδες - οι ωκεανολόγοι δεν ενδιαφέρονται πλέον. αφήστε τους ατμοσφαιρικούς μηχανικούς να ασχοληθούν περαιτέρω με αυτή τη ζεστασιά. Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι οι ωκεανολόγοι δεν γνωρίζουν ότι η θερμική αγωγιμότητα του πάγου είναι δύο τάξεις μεγέθους χειρότερη από αυτή του νερού. Πού, αναρωτιέται κανείς, κατευθύνονται ξανά και ξανά οι αποστολές της Αρκτικής και τι κάνουν εκεί οι υδρολόγοι μαζί με τους μετεωρολόγους - κόβουν γλυπτά από πάγο ή τι;

Και δεν χρειάζεται να τρέξετε στην Αρκτική για να βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχει απελευθέρωση θερμότητας όταν το νερό παγώνει. Στην τηλεόραση, οι MythBusters παρουσίασαν μια πολύ αναπαραγώγιμη εμπειρία. Ένα μπουκάλι υπερψυγμένη υγρή μπύρα βγαίνει προσεκτικά από το ψυγείο. Χτυπάτε πάνω από αυτό το μπουκάλι - και η μπύρα σε αυτό παγώνει σε νιφάδες πάγου μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Και το μπουκάλι παραμένει κρύο… Αυτή η εμπειρία έχει τεράστια δύναμη εκλαΐκευσης. Λέξεις κλειδιά: "ζεστό, κρύο, μπουκάλι, μπύρα" - όλα είναι πολύ κατανοητά. Ακόμα και για τους σημερινούς ακαδημαϊκούς.

Φανταστείτε πόσο δύσκολο είναι για αυτούς τους ακαδημαϊκούς: αφού δεν υπάρχει «λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης», όχι μόνο θα χρειαστεί να ξαναγράψετε τη φυσική για την έβδομη τάξη, αλλά και να δικαιολογήσετε - πώς τους ξεγέλασαν ορισμένοι μεσαιωνικοί χημικοί Μπλακ και Γουίλκ. Και πώς μπορεί κανείς να δικαιολογήσει τον εαυτό του εάν οι ακαδημαϊκοί εξακολουθούν να μην καταλαβαίνουν το μυστικό αυτού του κόλπου; Εντάξει, ας στο δείξουμε. Το μυστικό είναι ότι ο πάγος στο 0^Ο, αφού το αναμίξουμε με ζεστό νερό, δεν ανεβάζει τη θερμοκρασία του: λιώνει σε σταθερή θερμοκρασία. Και μέχρι να λιώσει τελείως, είναι μια πηγή ψύξης: το νερό που έρχεται σε επαφή με αυτό, που ήταν στην αρχή ζεστό, γίνεται ζεστό, μετά δροσερό, μετά πάγος … με ίσα αρχικά βάρη πάγου στο 0^ΟC και νερό στους 70^ΟС, όλο το νερό που προκύπτει θα είναι στο 0^ΟΓ. Η υπόθεση, όπως βλέπετε, είναι απλή. Αλλά όχι, μας ζητούν εξηγήσεις - αλλά πού, λένε, ήταν η ζέστη που είχε το ζεστό νερό; Φίλοι, αυτή η ερώτηση θα ήταν σχετική αν ο νόμος της διατήρησης της θερμότητας λειτουργούσε στη φύση. Αλλά η θερμική ενέργεια δεν διατηρείται: μετατρέπεται ελεύθερα σε άλλες μορφές ενέργειας. Παρακάτω θα δείξουμε ότι ένα κλειστό σύστημα είναι αρκετά ικανό να αλλάξει τη θερμοκρασία του - και μάλιστα με διαφορετικούς τρόπους.

Και όσον αφορά έναν τέτοιο αθροιστικό μετασχηματισμό της ύλης όπως η τήξη, είναι προφανές ότι δεν χρειάζεται καμία «λανθάνουσα θερμότητα». Θερμάνετε το δείγμα στο σημείο τήξης του - και διατηρήστε το εάν είναι απαραίτητο - και το δείγμα θα λιώσει χωρίς βοήθεια. Όσοι παρακολούθησαν το κινηματογραφικό έπος «Ο Άρχοντας των Δαχτυλιδιών» θυμούνται μάλλον τα τελευταία δευτερόλεπτα του Δαχτυλιδιού της Παντοδυναμίας. Έπεσε στο στόμιο του «βουνού που αναπνέει τη φωτιά» - και τώρα κείτεται εκεί, ξαπλώνει … ζεσταίνεται, ζεσταίνεται … και, τέλος - τσαμπουκά! Και αντί για ένα δαχτυλίδι - ήδη απλώνουν σταγονίδια. Αυτή η σκηνή ήταν πολύ επιτυχημένη για τους κινηματογραφιστές. Πλήρης αίσθηση της πραγματικότητας!

(Απόσπασμα με δαχτυλίδι μπορείτε να δείτε στον σύνδεσμο:

Ο χρυσός έχει καλή θερμική αγωγιμότητα και ο δακτύλιος ήταν μικροσκοπικός, έτσι θερμάνθηκε ολόκληρος αμέσως. Και, αμέσως σε όλο τον όγκο θερμάνθηκε μέχρι το σημείο τήξης - αμέσως και έλιωσε, χωρίς περιττές απαιτήσεις θερμότητας. Παρεμπιπτόντως, αυτόπτες μάρτυρες της θέρμανσης παλιοσίδερων, για παράδειγμα, αλουμινίου σε επαγωγικούς κλιβάνους, μαρτυρούν: δεν λιώνει σταδιακά, σταγόνα-σταγόνα - αντίθετα, τα προεξέχοντα θραύσματα αρχίζουν να επιπλέουν και να ρέουν αμέσως σε ολόκληρο τον όγκο τους. Στην περίπτωση του πάγου, η απουσία περιττών απαιτήσεων θερμότητας για τήξη δεν είναι προφανής απλώς και μόνο επειδή η θερμική αγωγιμότητα του πάγου είναι πολύ χειρότερη από αυτή των μετάλλων. Επομένως, ο πάγος λιώνει σταδιακά, σταγόνα-σταγόνα. Αλλά η αρχή είναι η ίδια: αυτό που θερμαίνεται στο σημείο τήξης - στη συνέχεια λιώνει αμέσως.

O. Kh. Derevensky

Διαβάστε πλήρως