Греет ли шуба?
Один господин, имевший привычку отрицать самые очевидные вещи, утверждал, что шуба, вопреки общему убеждению, вовсе не греет. Он доказывал свое мнение рядом опытов – а что может быть убедительнее опытов?
Вот один из них. Возьмите термометр, – говорил он, – заметьте, сколько градусов он показывает, и закутайте его хорошенько в самую теплую шубу. Через несколько часов выньте термометр: вы убедитесь, что он не нагрелся даже и на ¼ градуса! Сколько показывал он раньше, столько показывает и теперь. Ясно, что шубы нисколько не греют, и что общая уверенность в спасительное действие их – просто предрассудок. Правда, в шубе мы чувствуем себя теплее – но это лишь обман чувств, и опыт с термометром – который, конечно, никакому обману чувств поддаться не может, – воочию убеждает нас, насколько мы заблуждаемся…
Мало того, – продолжал разоблачитель, – шубы не только не греют, они даже прямо холодят! В этом также легко убедиться опытом. Возьмите два пузыря со льдом; один закутайте в шубу, другой просто оставьте в комнате. Когда лед в этом пузыре растает, разверните шубу: вы увидите, что здесь он почти еще и не начинал таять. Ясно, что шуба не только не согрела льда, но даже все время холодила его, мешая ему таять.
Рядом подобных, казалось бы, неопровержимых доказательству этот господин доказывал полную несостоятельность всеобщей веры в шубы.
Что можно возразить ему на это, чем опровергнуть его доказательства?
Да ничем. Он прав: шубы действительно не греют, – если под словом «греть» разуметь сообщение теплоты. Лампа греет, печка греет, человеческое тело греет, – но шуба, в этом смысле слова, нисколько не греет. Она только мешает теплоте нашего тела уходить из него. Вот почему всякое живое существо, тело которого само является источником тепла, будет себя чувствовать в шубе теплее, чем без неё. Но термометр собственного тепла не выделяет, – и его температура не изменится оттого, что мы закутаем его в шубу. Лед, закутанный в шубу, дольше сохраняет свою низкую температуру, так как шуба замедляет доступ к нему внешнего тепла.
Итак, на вопрос, греет ли нас шуба, надо ответить, что шуба только помогает нам самим греть себя. Правильнее поэтому говорить, что мы греем шубы, а не они греют нас.
Какое время года у нас под ногами?
Когда на поверхности земли лето, то какое время года в земле, на глубине, например, пяти аршин?
Вы думаете, что и там лето? Ничуть не бывало! Времена года на поверхности земли и в почве вовсе не идут параллельно, как мы привыкли думать. Почва – чрезвычайно дурной проводник теплоты; поэтому все колебания температуры, происходящие на поверхности земли, распространяются вглубь почвы очень медленно и достигают разных слоев её с большим опозданием. Непосредственные измерения в Павловске (Петербургской губернии) показали, что на глубину трех метров (4¼ аршин) годичный максимум температуры приходит с опозданием в 76 дней, а годичный минимум – с опозданием в 108 дней. Это значит, что если самый жаркий день у нас был, скажем, 25 июля, то на глубине 4¼ аршин он наступит лишь 1 сентября; если самый холодный день был 15 января, то на глубине 4¼ аршин он наступит 3 мая! Для еще более глубоких слоев почвы запоздания будут еще значительнее, – но надо иметь в виду, что с углублением в почву температурные колебания все ослабляются, а на известной глубине затухают совершенно: здесь всегда царит одна и та же постоянная температура.
Итак, в том слое почвы, который мы попираем ногами, никогда не бывает то же самое время года, какое стоит на его поверхности. Когда у нас зима, на глубине 5 аршин еще осень, а когда у нас лето, – туда достигают отголоски наших зимних морозов.
Это важное обстоятельство необходимо иметь в виду всякий раз, когда заходит речь об условиях жизни подземных животных (например, личинки майского жука) и подземных частей растений. Ботаники часто забывают об этом и удивляются, например, тому, что камбий[24] в корнях наших деревьев деятелен именно в холодную половину года и замирает почти на весь теплый сезон, – как раз наоборот, чем в стволе. Читатель понимает теперь, что это не так уж загадочно, как представляется с первого взгляда.
Как сварить яйцо в бумаге?
Секрет сразу разгадывается, если вы взглянете на рис. 80: яйцо варят в воде, налитой в бумажный колпак. Но ведь бумага загорится, и вода зальет лампу! Нисколько. Попробуйте сделать опыт, и вы убедитесь, что бумага нисколько не пострадает от огня. Причина кроется в том, что вода поглощает всю теплоту бумаги и не дает ей нагреться настолько, чтобы она могла загореться.
Рис. 80. Варка яйца на лампе.
Мало того: вы не только можете довести воду в бумажном колпаке до кипения, но даже расплавить металл в такой непрочной бумажной посуде. Наш рис. 81 изображает плавление свинцовой пломбы в коробочке, сделанной из игральной карты. Весь секрет этого искусства в том, чтобы нагревать именно те места бумаги, которые непосредственно соприкасаются со свинцом: металл быстро отнимает от бумаги тепло, не давая ей сильно нагреться. Опыт кажется невероятным: с одной стороны пламя, с другой – расплавленный металл, а бумага даже не обугливается!
В сущности, в этом нет ничего для нас нового. Здесь действует та же самая причина, в силу которой металлические предметы при обычных условиях кажутся нам холоднее, чем деревянные, хотя и те и другие находятся в одной и той же комнате: металл хорошо проводит тепло и быстро охлаждает поверхность нашей руки.
Рис. 81. Как расплавить свинец на игральной карте.
Несгораемая кисея
К той же категории опытов принадлежит и следующий Берут какую-нибудь полированную металлическую вещь и плотно обтягивают ее куском тонкой материи, – полотнá или кисеи. Теперь вы можете смело положить на такую кисею горячие уголья: она не загорится и вообще останется неповрежденной, даже если вы будете усиленно раздувать уголья.
После всего сказанного выше читатель, конечно, не затруднится объяснить этот эффектный опыт. Непонятно разве лишь то, почему необходимо делать опыт непременно с полированной вещью. Но и это станет ясным, если вы вспомните, что гладкие металлические вещи кажутся в комнате заметно холоднее шероховатых: в данном случае наша кожа (а в опыте – кисея) соприкасается с металлом в большем числе точек.
Рис. 82. Почему кисея не загорается?
Лед, не тающий в кипятке
Возьмите обыкновенную пробирку, наполните водой, погрузите в нее кусочек льда, а чтобы он не всплывал наверх (лед легче воды), придавите его кусочком свинца, медной монетой и т. п.; при этом, однако, вода должна иметь свободный доступ ко льду. Теперь приблизьте пробирку к спиртовой лампочке так, чтобы пламя касалось лишь верхней части пробирки (см. рис. 83). Вскоре вода начнет кипеть, отделяя клубы пара, – но лед на дне пробирки долго еще не будет таять. Таким образом, мы имеем перед собой настоящий парадокс природы: лед, не тающий в кипящей воде!
Рис. 83. Лед на дне такой пробирки не тает.
Объяснение этого парадокса кроется в том, что вода на дне пробирки остается холодной, несмотря на то, что вверху вода кипит. Расширяясь от тепла, вода становится легче и не опускается на дно, а остается в верхней части пробирки. Течения теплой воды будут ограничиваться лишь верхней частью пробирки, не захватывая нижних, более плотных слоев. Вниз нагревание может передаваться лишь теплопроводностью, – но теплопроводность воды очень мала.
Можно ли вскипятить воду кипятком?
Возьмите небольшую бутылку, баночку или пузырек, налейте в него воды и поместите в стоящую на огне кастрюлю с чистой водой – так, чтобы он не касалась дна кастрюли; вам придется подвесить этот пузырек на проволочной или нитяной петле. Скоро вода в кастрюле закипит, – и, казалось бы, вслед за тем должна закипеть и вода в пузырьке. Однако можете ждать, сколько вам угодно – вы этого не дождетесь: вода в пузырьке будет горяча, очень горяча, но кипеть все-таки не будет.
Результат как будто неожиданный, а между тем его легко можно было предвидеть. В самом деле: чистая вода кипит при 100° Цельсия, и выше этой точки её температура, при обычных условиях, не поднимается, сколько бы ее ни кипятить. Значит, источник теплоты для воды в пузырьке в данном случае имеет температуру 100°; поэтому он может довести воду в пузырьке также до 100°, – но не может доставить ей того избытка теплоты, который необходим для перехода её в пар при этой температуре (540 калорий на каждый грамм). Вот почему вода в пузырьке нагревается, но не кипит.
При этом, естественно, возникает вопрос: чем же отличается вода в пузырьке от воды в кастрюле? Ведь это та же вода, только отделенная от остальной массы стеклянной перегородкой; почему же с ней не происходит того же, что и с остальной водой?
Потому именно, что она отделена от остальной массы. Перегородка мешает воде пузырька участвовать в общих течениях, которые перемешивают всю массу воды кастрюли. Каждая частица воды в кастрюле может непосредственно коснуться накаленного дна её, частицы же воды в пузырьке лишены этого преимущества.
Итак, чистым кипятком вскипятить воду нельзя. Но если в кастрюлю всыпать горсть соли, картина изменится: соленая вода кипит уже не при 100°, а немного выше, – и, следовательно, может в свою очередь довести до кипения чистую воду в стеклянном пузырьке.
Можно ли вскипятить воду снегом?
«Если уж крутой кипяток оказался для этой цели непригоден, то о снеге и речи быть не может», – скажет, вероятно, читатель. Не торопитесь с ответом, а лучше проделайте опыт с тем самым стеклянным пузырьком, который вы только что употребляли.
Налейте в него воды на ¾ и погрузите в кипящую соленую воду. Когда вода в пузырьке закипит, выньте его из кастрюли и быстро закупорьте заранее приготовленной плотной пробкой. Теперь переверните пузырек и ждите, пока кипение внутри его прекратится. Выждав этот момент, облейте пузырек кипятком – вода не закипит. Но положите на его донышко немного снегу, – и вы увидите, что вода сразу бурно закипит! Снег сделал то, чего не мог сделать кипяток!