Занимательная физика. Книга 1

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!

Рис. 84. Как дуновением вскипятить воду.