Огонь некоторых горелок улавливает малейшие звуки и сейчас же принимает вид взъерошенной метлы. Огонь иногда до того чувствителен, что трудно удержаться от смеха, а он и смех сейчас же передразнивает.
Известный английский физик Тиндаль говорил, что некоторые отдельные слоги речи огонь улавливает едва заметным кивком вперед, при других он склоняется более решительно и, наконец, при третьих делает глубокий поклон, оставаясь глухим к остальным звукам. Если вы будете произносить перед ним гласные, то на «у» он не обратит внимания, на «о» едва-едва ответит, на «а» очень мало; зато «е» и особенно «и» приведут пламя в нервное состояние и заставят его съежиться.
Чуткость огня дает возможность науке исследовать разницу в звуках.
Глава третья Опыты с теплотой
Самое наглядное свойство теплоты заключается в способности вызывать расширение всяких тел — твердых, жидких и газообразных. Но твердые и жидкие тела, взятые в одинаковых объемах, при одинаковом повышении температуры расширяются одни больше, другие меньше, в зависимости от вещества, из которого они состоят; газообразные вещества расширяются от теплоты все почти совершенно одинаково, независимо оттого, какой газ нагревается. Эту разницу в свойствах тел нужно всегда иметь в виду.
Металлический термометр. Возьмите полоску листового железа шириной 2 сантиметра и длиной 30 сантиметров и такую же полоску листовой меди, вылудите их и вылуженными сторонами наложите одну на другую. Зажмите их тисками или клещами и нагрейте, чтобы полуда расплавилась. Полоски спаяются вместе, образовав одну. Когда спаянные полоски будут остывать, они согнутся. Выправьте их легонько молотком.
На рис. 48 видно, как собирается металлический термометр. Конец спаянной полоски металла прижат гирей к ящику. Почти вся полоска висит свободно. Если под этой полоской водить спиртовой лампочкой, пластинка начнет сгибаться, всегда в сторону медной полоски.
Этот опыт показывает, что при одинаковом нагревании железо расширяется сильнее, чем медь. Чем толще металлические полоски, из которых составлена пластинка, тем дольше ее нужно нагревать, чтобы она согнулась. Это понятно, потому что источник тепла и температура нагревания предмета находятся в таком же отношении, как вода в котле и образование пара. Чем больше котел, тем дольше не закипает в нем вода, а в маленькой кастрюльке вода закипает быстрее на таком же огне.
Рис. 48
Маленькое тело нагревается быстрее, чем большое, или, иначе говоря, на большое тело должно быть потрачено большее количество теплоты для достижения определенной температуры, чем на маленькое.
Если вы хотите, чтобы пластинка из двух металлов была очень чувствительной, возьмите для нее металл потоньше и обрежьте ее поуже. Если полоска достаточной длины и к концу ее приделана стрелка-указатель, которая двигается по делениям шкалы, вы можете следить за температурой в комнате. Это будет инструмент, который можно назвать «металлическим термометром». Этот самодельный термометр сравните с хорошим ртутным и нанесите градусы на шкалу.
Металлический термометр может служить и как термометр сигнальный. Подведите один провод от батареи к пластинке, другой провод батареи соедините с одним из зажимов электрического звонка, а второй провод от второго зажима звонка укрепите над пластинкой или под ней, смотря по тому, при какой температуре, низкой или высокой, должен зазвонить звонок. Когда температура повысится, пластинка прикоснется к проводу, ток замкнется и звонок зазвонит. Передвигая провод, расположенный над пластинкой, вверх или вниз, вы можете заставить термометр давать сигналы при любой температуре.
Воздушный термометр. До определенной температуры можно пользоваться и расширением воздуха от нагревания. Только построить воздушный термометр гораздо труднее, чем металлический.
В горлышко колбы (тонкостенной бутылки) вставьте с помощью пробки тонкую стеклянную трубку и хорошенько залейте соединение сургучом. Поставьте этот прибор, как показано на рис. 49, так, чтобы нижний конец трубки опускался в сосуд с подкрашенной водой.
Рис. 49
Если вы теперь возьметесь за колбу теплыми руками, воздух, находящийся в ней, расширится от нагревания и пузырьками будет выходить через жидкость.
Если руки убрать, колба остынет, воздух в ней сожмется и окрашенная вода поднимется по трубке. Едва вы дотронетесь до колбы руками, водяной столб сейчас же опустится.
Этот прибор настолько чувствителен, что даже приближение руки к колбе и небольшие колебания комнатной температуры оказывают влияние на высоту столбика воды.
Казалось бы, что очень просто поставить за трубкой шкалу и разметить ее, сравнив с показаниями ртутного термометра. Но если сделать так, окажется, что воздушный термометр ежедневно дает разные показания, даже и при одной и той же температуре, так как высота водяного столба в трубке так же находится под влиянием изменяющегося атмосферного давления, как и столб ртути в барометре. Если же вы, кроме показаний шкалы, сумеете принять в расчет и воздушное давление, тогда показания воздушного термометра будут довольно точными.
Вертящаяся змея. Об этом маленьком опыте можно было бы рассказать в главе о механике, но с таким же правом его можно рассматривать и как пример действия теплоты; он мог быть помещен также и в главе о летательных аппаратах.
Нагретый воздух расширяется; литр теплого воздуха весит меньше, чем литр холодного. Более легкое тело всегда стремится подняться в более тяжелой среде, если оно, как воздух в воздухе, может свободно двигаться во второй среде. Неудивительно поэтому, что в комнате и на дворе воздух находится в постоянном движении. Около печки воздух поднимается к потолку, растекается под потолком, затем опускается вдоль отдаленных стен и опять идет над полом к печке.
Во дворе воздух, нагретый солнцем, поднимается, а на его место притекает холодный воздух из затененных мест.
Движение нагретого воздуха вверх можно легко обнаружить на опыте. Нарисуйте на бумаге кружок диаметром 10 сантиметров. В этом кружке начертите спиральную линию; от одного витка спирали до другого должно быть расстояние примерно 1 сантиметр. Вырежьте эту спираль, и, если вы возьмете ее за центр, она растянется, будто проволочная скалка для сбивания яичных белков.
Рис. 50
Центральный кружок спирали сложите два раза пополам под прямым углом. Тогда образуется маленькое углубление, которым спираль можно надеть на вязальную спицу. Другой конец спицы воткните в маленькую деревянную дощечку (рис. 50) и поставьте этот прибор на карниз печи или на край стула, придвинутого к печке. Спираль тотчас начнет вертеться, так как поднимающийся кверху воздух, скользя по наклонным кольцам спирали, толкает ее.
Получение теплоты без огня. Солнце — источник тепла и света для Земли. Все другие источники теплоты на Земле очень незначительны по сравнению с могучим действием солнечных лучей. Если бы солнце померкло, это было бы смертным приговором всем растениям и животным Земли. В короткое время невообразимые ледяные массы погребли бы под собой все живущее, от полюсов до экватора.
Но и искусственные источники тепла появились на земле под действием солнечных лучей.
Много миллионов лет назад, когда на расплавленном земном шаре стала образовываться твердая кора, сквозь щели этой коры вырывался огонь и громадные вулканические извержения выбрасывали пылающую лаву. Эти извержения сделали возможным существование растительной жизни на Земле. Каждый вулкан, кроме других газов, выделяет громадное количество углекислого газа, а он служит главной пищей для растений. Поэтому в следующий геологический период развития Земли рост растений был таким бурным, как никогда с тех пор. Земля походила тогда на чудовищную оранжерею. Грозовые облака окутывали Землю со всех сторон и орошали ее страшными ливнями. Солнечные лучи с трудом пробивались сквозь облака и с трудом освещали землю. Но температура Земли была все же очень высокой и воздух насыщен парами. Под влиянием теплоты и влажности травы разрастались в огромные деревья, которые, тесня друг друга, образовывали сплошные, непроходимые леса. Великаны-растения гибли, падали на землю и обращались в прекрасную почву для новых, еще больших гигантов.
В ту эпоху на Земле происходили страшные землетрясения. Большие площади земли заливались наводнениями, и часто случалось, что эти роскошные леса погребались под землей или затоплялись водой. Их постепенно заносило песком или илом, и они оказались погребенными на многие миллионы лет.
Химические процессы, происходившие под давлением образовавшихся над похороненными растениями пластов земли, превратили древесину в то блестящее черное вещество, которое извлекают теперь из недр земли, — каменный уголь. Когда мы топим печи углем, когда уголь нагревает котлы паровых машин, мы извлекаем из него ту теплоту, которую солнце затратило когда-то на первобытные леса.
С течением времени кора Земли становилась постепенно все толще и толще, но и сейчас еще на большой глубине земля сильно нагрета. Это доказывают извержения вулканов, горячие источники и высокие температуры глубоких шахт. Чем глубже забирается человек в Землю, тем теплее становится в шахте.
Все искусственные источники теплоты, конечно, ничтожны по сравнению с запасами тепла внутри Земли. Но без наших искусственных источников мы обойтись не можем.
Добыть теплоту можно различными способами. Одним из древнейших способов было трение. Быстро двигая один кусок дерева по другому, доисторические люди добывали огонь еще двадцать — тридцать тысяч лет назад. Можно получить огонь, ударяя куском стали о кремень. Это огниво. Когда мы зажигаем спичку, она вспыхивает тоже от тепла, возникающего вследствие трения головки спички о коробку. Мы можем поэтому сказать, что механическая работа обращается в теплоту.
Познакомимся поближе с появлением искры при высекании ее огнивом. Оказывается, что искра огнива — это маленький кусочек стали, раскаленный до плавления. В этом легко убедиться.