Если вам не случалось самим видеть таких кувшинов, то, вероятно, вы слыхали или читали о них. Эти сосуды из необожженной глины обладают тою любопытною особенностью, что налитая в них вода становится прохладнее, чем окружающие предметы. Кувшины эти в большом распространении у южных народов и носят различные названия: в Испании – «алкарасса», в Египте – «гоулах» и т. д.
Секрет охлаждающего действия этих кувшинов очень прост: жидкость просачивается через толщу глиняных стенок наружу и здесь медленно испаряется, отнимая при этом теплоту («скрытую теплоту испарения») от сосуда и заключенной в нем жидкости.
Ошибочно думать, однако, что жидкость в таких сосудах охлаждается до очень низкой температуры – как нередко приходится читать в описаниях путешествий по южным странам. Степень охлаждения не может быть велика. Зависит она от разных условий. Чем знойнее воздух, тем скорее и обильнее испаряется жидкость, увлажняющая сосуд снаружи, и, следовательно, тем более охлаждается вода внутри кувшина. Зависит охлаждение и от влажности окружающего воздуха: если в нем много влаги, испарение происходит медленно и вода охлаждается незначительно; в сухом воздухе, напротив, происходит энергичное испарение, вызывающее более заметное охлаждение. Ветер также ускоряет испарение и тем способствует охлаждению: это все хорошо знают по тому неприятному ощущению холода, которое случается испытывать в мокром платье даже в теплый, но ветреный день. В общем, понижение температуры в охлаждающих кувшинах, как показали наблюдения, не превышает 5 градусов Цельсия. В знойный южный день, когда термометр показывает подчас 33°, вода в охлаждающем кувшине имеет температуру горячей ванны, 28°. Охлаждение, как видим, практически бесполезное. Но зато кувшин хорошо сохраняет холодную воду; для этой цели их преимущественно и употребляют.
Мы можем попытаться вычислить степень охлаждения воды в «алькарассах». Пусть у нас имеется кувшин, вмещающий 5 литров (т. е. приблизительно 5 бутылок) воды; допустим, что пятидесятая доля этой воды испарилась. Для испарения 1 литра воды (1 килограмма) требуется при температуре знойного дня (33°) около 580 калорий тепла. У нас испарилось 1/10 килограмма; следовательно, понадобилось 58 калорий. Если бы вся эта теплота заимствовалась только от той воды, которая находится в кувшине, то температура последней понизилась бы на 58/5, т. е. почти на 12 градусов. Но, конечно, это не так: бóльшая часть тепла, потребного для испарения, отнимается от стенок самого кувшина и от окружающего его воздуха; с другой стороны, рядом с охлаждением воды в кувшине все время происходит и нагревание ее теплым воздухом, прилегающим к кувшину. Поэтому охлаждение едва достигает и половины полученной нами цифры.
Другое дело, если сосуд с самого начала наполнен был холодной водой, добытой, например, из подземного ключа: тогда нагревание происходит крайне медленно, и вода долго сохраняет свою низкую температуру.
Трудно сказать, когда кувшин охлаждается больше, – на солнце или в тени. На солнце ускоряется испарение, но вместе с тем усиливается и приток тепла. Всего выгоднее, вероятно, держать охлаждающие кувшины в тени на слабом ветре.
Какую жару мы способны переносить?
Человек гораздо выносливее по отношению к жаре, чем обыкновенно думают: он способен переносить в южных странах температуру почти вдвое выше той, которую мы, в нашем умеренном поясе, считаем едва переносимой. Летом в Средней Австралии довольно обычна температура 46 градусов в тени и 60 на солнце; там наблюдались даже температуры в 55 градусов в тени и 67 на солнце (по Цельсию). При переезде через Красное море и Персидский залив термометр на кораблях очень часто показывает 50–60 градусов, несмотря даже на непрерывную вентиляцию.
Два английских ученых производили опыты для определения высшей температуры, какую может выдержать человеческий организм. Они запирали друг друга в особо устроенную печь и постепенно поднимали в ней температуру. Оказалось, что при весьма постепенном нагревании печи их организм мог в сухом воздухе выдержать почти температуру кипения (100 градусов), а иногда даже еще более высокую!
Такая выносливость объясняется возрастающим выделением пота: испарение пота поглощает значительное количество тепла из того слоя воздуха, который непосредственно прилегает к коже, и тем в достаточной мере понижает его температуру. Единственное необходимое условие состоит в том, чтобы тело не соприкасалось непосредственно с источником тепла.
Задача о ледяных сосульках
Задумывались ли вы над тем, как образуются ледяные сосульки, которые мы так часто видим свешивающимися с крыш?
Вы скажете, что здесь не над чем и задумываться: сосульки – это, очевидно, вода, стекавшая с крыш и замерзшая в таком виде.
Прекрасно, но в какую погоду они образовались – в оттепель или в мороз?
Если в оттепель, то как же могла замерзнуть вода при температуре выше нуля?
Если в мороз, то откуда же могла взяться вода, стекающая с крыши?
Задача не так проста, как казалось вам сначала. Чтобы могли образоваться ледяные сосульки, нужно в одно и то же время иметь две температуры: для таяния – выше нуля, и для замерзания – ниже нуля.
Получается как будто абсурд – а между тем так на самом деле и есть: снег на склоне крыши тает, потому что солнечные лучи нагревают его выше нуля, а под застрехой стекающие капли воды замерзают, потому что здесь температура ниже нуля.
Представьте себе такую картину. Стоит ясный день; мороз всего только в 1–2 градуса. Солнце светит ярко, но все же его косые лучи не нагревают земли настолько, чтобы снег мог таять; температура воздуха, как мы сказали, немного ниже нуля. Но на склоне крыши, обращенном к солнцу, нагревание идет более успешно: солнечные лучи падают на крышу не так косо, как на землю, а под углом, более близким к прямому. Но известно, что освещение и нагревание лучей тем больше, чем больший угол составляют лучи с плоскостью падения. (Действие лучей пропорционально синусу этого угла; для случая, изображенного на рис. 72, снег на крыше получает тепла на 40 % больше, нежели равная площадь снега на горизонтальной поверхности, ибо синус 90° в 1,4 раза больше синуса 45°.) Вот почему снег на скате крыши нагревается сильнее и начинает таять. Оттаявшая вода стекает вниз, скопляется у застрех, каплями свисает с края крыши. Но здесь, под крышей, температура ниже нуля – и капля замерзает. На замерзшую каплю натекает следующая, также замерзающая; затем третья капля и т. д.; постепенно образуется маленький ледяной бугорок. В следующий раз, при такой же погоде, эти ледяные наплывы еще вырастут, – пока не образуются длинные и толстые сосульки.
Рис. 72. Одна из загадок зимнего сезона.
В слабый мороз, при солнечном сиянии, с крыш каплет вода, между тем как на земле снег не тает. Разгадка кроется в том, что лучи падают на наклонную крышу под углом, близким к прямому, между тем как на землю (и стены) они падают под острым углом (например в 45°).
Итак, вот о чем говорят нам ледяные сосульки: они доказывают, что в одно и то же время могут существовать как бы две погоды: мороз – под крышей и оттепель – на скате крыши. Причина – различное нагревательное действие солнечных лучей в зависимости от угла падения. Та же самая причина вызывает на наших глазах и более грандиозные явления: вспомните, что все различие в климатических поясах и временах года обусловлено, в сущности, ничем иным, как изменением угла падения солнечных лучей. Солнце одинаково далеко от нас зимой и летом; оно всегда одинаково удалено от полюсов и экватора (различие в расстоянии настолько ничтожно, что не может здесь иметь значения). Но наклон солнечных лучей к поверхности земли близ экватора меньше, чем у полюсов; и летом этот угол больше, чем зимой. Этого достаточно, чтобы вызвать столь важные различия в температуре и в жизни всей природы.
Выражаясь фигурально, мы могли бы сказать, что на скате освещенной солнцем крыши – тропики, а под застрехой – полярная область; снег тает в «тропиках» и замерзает, попав в «полярную область».
Для чего служит ламповое стекло?
Мы и не подозреваем, какой долгий путь прошло наше обыкновенное ламповое стекло, прежде чем дошло до его современного вида. В течение длинного ряда тысячелетий люди пользовались пламенем для освещения, не прибегая к услугам стекла. Понадобился гений Леонардо да Винчи, чтобы сделать это важное усовершенствование лампы. Но Леонардо окружил пламя не стеклянной, а жестяной трубой, и прошло еще почти три века, прежде чем додумались до замены жестяной трубы прозрачным стеклянным цилиндром. Как видите, ламповое стекло – довольно солидное изобретение, над которым работали целые поколения.
Каково же назначение лампового стекла?
Едва ли у всех готов правильный ответ на столь простой и естественный вопрос. Защищать пламя от ветра – это лишь второстепенная роль стекла. Главное же действие его в увеличении яркости пламени, в ускорении процесса горения. Роль стекла та же, что и печной трубы: оно усиливает приток воздуха к пламени, усиливает «тягу».
Разберемся в этом поближе. Столб воздуха, находящийся внутри стекла, нагревается гораздо быстрее, нежели воздух, окружающий лампу. Нагревшись и сделавшись поэтому легче, воздух поднимается вверх, а на его место поступает снизу, через отверстия в горелке, ненагретый тяжелый воздух. Таким образом, устанавливается постоянное течение воздуха снизу вверх, течение, непрерывно отводящее продукты горения и приносящее свежий воздух. Чем выше стекло, тем больше разница в весе нагретого и ненагретого столба воздуха – тем энергичнее происходит приток свежего воздуха, а следовательно, ускоряется и горение.
Высокие фабричные трубы играют ту же роль, что и ламповые стекла: благодаря им к топке машины в течение минуты притекает гораздо больше свежего воздуха, нежели при низких трубах.