Температура воды

 

ЧТО ТАКОЕ ЖАРКО И ЧТО ТАКОЕ ХОЛОДНО

Когда вы в следующий раз будете принимать ванну, подождите открывать кран с водой. Попробуем просто посидеть в пустой ванне. Бр-р. Можно вообразить, как будет холодно. Но разве сама ванна холодная? Подумайте минуту. Если бы ванна действительно была холоднее воздуха и окружающих ее предметов, она бы стала нагреваться от них, пока их температуры не сравнялись бы. Ванна такая же теплая, как и все вокруг. Проверьте это термометром. Подержите термометр в ванне 5 минут — время, необходимое для того, чтобы его температура сравнялась с температурой воздуха в помещении. Что он показывает Теперь положите термометр на дно пустой ванны так, чтобы его конец касался ее. Опять подождем 5 минут и снимем показание. Оно не изменилось. Но если пустая ванна не холоднее всего остального вокруг, почему же в ней так холодно Наше тело — не лучший прибор для определения температуры. Оно ощущает только потери или приобретение тепла. Когда тепло быстро теряется и кожа из-за этого быстро охлаждается, нам становится холодно. Если тело нагревается, то нам жарко.

Температура водыЧеловек — теплокровное существо, а это значит, что его тело в нормальном состоянии имеет постоянную температуру — 36,6° по Цельсию. Нормальная для нас комнатная температура составляет 18—22 °С. Поскольку тело на 15—18 градусов теплее всего окружающего, оно непрерывно отдает ему свое тепло.

Но почему тогда в комнате с температурой 20 °С, мы чувствуем себя лучше, чем при 30 °С Чтобы существовать, организму необходимо сжигать принимаемую пищу, а при этом всегда выделяется тепло. Если это тепло будет накапливаться в организме, температура его начнет повышаться. При температуре тела 40 °С человек чувствует себя совершенно больным. А если она достигает 43 °С даже на короткое время, чаще всего наступает смерть. Поэтому человеку, чтобы выжить, необходимо непрерывно отдавать тепло окружающей среде. Температура среды 20 °С является для нас оптимальной, потому что при этой температуре скорость отдачи тепла наружу примерно совпадает со скоростью выделения тепла внутри тела от сжигания пищи.

Что произойдет, если мы войдем в жаркую парную с температурой воздуха около 75 °С Как вообще можно существовать при такой температуре Оказывается, в этом случае открываются поры потовых желез, и на коже выступает большое количество пота. Пот начинает быстро испаряться в воздух. Испарение охлаждает тело, по крайней мере настолько, чтобы выдержать при такой температуре 15—30 мин. Без этого охлаждающего эффекта испарения человек не мог бы перенести столь высокую температуру.

Вы можете легко наблюдать охлаждающее действие испарения. Надо только смочить ладони водой и дать ей испариться. Чувствуете холодок Попробуйте также обернуть кончик термометра клочком ваты и намочите вату водой комнатной температуры. Н соблюдайте за показанием термометра по мере того, как вода с ваты будет испаряться. Температура может упасть на 5—10 градусов или даже больше. После того как вся вода испарится, температура вернется к первоначальному значению, потому что охлаждающего эффекта больше не будет.

См. также:  Давление воздуха и воды

Возможен й другой опыт, довольно простой, который можно провести прямо в ванне. Предположим, мы просто принимаем ванну. Наполняем ванну, теплой водой, садимся в нее, можем поплескаться и даже вымыться как следует. Теперь пора вылезать. Встаем, дотягиваемся до полотенца и быстро вытираемся. Но подождите! Давайте сегодня возьмем полотенце не сразу, а постоим мокрыми минуту или две и посмотрим (почувствуем), что произойдет. Нам не придется ждать слишком долго — очень быстро замерзнем. Почему Испарение воды с мокрого тела быстро охлаждает его?

Мы уже знаем, как человек регулирует температуру своего тела, когда очень тепло. Но что происходит, когда температура падает и становится очень холодно При такой низкой температуре интенсивность отдачи тепла телом в окружающую среду намного больше, чем при комнатной. Тело очень быстро охлаждается, и его температура может упасть ниже 36—37 °С, которые являются нормальными для человеческого организма. Такая ситуация очень опасна. Температура организма не может значительно понижаться без серьезного нарушения его деятельности. Чтобы избежать этой опасности, есть два пути. Либо организм начнет производить больше тепла, сжигая больше пищи, либо он найдет способ, как уменьшить его потерю.

У теплокровных животных есть несколько приемов, с помощью которых потери тепла в холодную погоду сокращаются.

Одни из них с наступлением зимы обрастают густой шерстью. Некоторые птицы умеют так распушить перья, что они на время образуют густую шубу, затрудняющую движение воздуха вокруг тела; это мешает теплу уходить в окружающую среду. Другие животные решают проблему так: сворачиваются в клубок, как можно более плотный, и впадают в спячку на всю зиму. Форма клубка является самой компактной, и поверхность, соприкасающаяся с холодным воздухом, при такой форме будет наименьшей. Потери тепла при этом минимальны. При спячке происходит резкое падение температуры тела, такое зна-чительное, что она приближается к температуре окружающей среды. Это сильно уменьшает отдачу тепла. Кроме того, организм животного прекращает всякую активность и движение, которые требуют расходов энергии. В результате ограниченных запасов, которые заготовлены в организме, хватает, чтобы вырабатывать тепло в течение всех долгих холодных зимних месяцев.

У людей — свои способы уберечь тело от потерь тепла в холодную погоду. Они строят здания и отапливают их, создавая внутри нормальную для жизнедеятельности температуру — 20 °С. Выходя наружу, они одеваются, и одежда уменьшает скорость отдачи тепла телом.

Какие материалы надо использовать для одежды Стоит ли изготовлять ее из стальной проволоки Такая одежда имела бы определенные преимущества — прочность, например. Но зато сколько недостатков В ней будешь себя чувствовать примерно так же, как сидя в пустой ванне. Стальная одежда была бы холодной при 20 °С, очень холодной при 15 °С и невыносимо холодной при 10 °С.

Вот мы и пришли к нашей первоначальной задаче. Почему же, когда сидишь без одежды в пустой ванне, чувствуешь себя совсем иначе, чем если сидеть на кровати Ведь и ванна и кровать находятся при одинаковой комнатной температуре — 20 °С. Но в ванне будет холодно, а на кровати — вовсе нет. Очевидно, что тут должно быть различие между тем, как отбирает тепло ванна, а как покрывало на кровати.

См. также:  Устойчивость плавающих тел

Вспомним о том, что ванна сделана из железа, покрытого тонким слоем эмали. Железо же, как и большинство металлов, хороший проводник тепла. А вот вата и шерсть — плохие проводники тепла (теплоизоляторы). В ванне нам холодно, потому что железо быстро отводит тепло от тела. На кровати (на простыне или шерстяном покрывале) мы не ощущаем холода, потому что эти предметы слабо проводят тепло.

Проведите опыт. На одну конфорку газовой плиты поставьте металлическую кастрюлю, а на другую — такую же из жаростойкого стекла. Налейте в обе кастрюли немного воды и постарайтесь одновременно зажечь одинаковый огонь под ними. В каком случае вода закипит быстрее Вы обнаружите, что в металлической кастрюле она закипит быстрее, потому что тепло проводится через металл лучше, чем через стекло. Стекло гораздо худший проводник тепла, и содержимое стеклянной кастрюли нагревается гораздо медленнее.

Воздух тоже очень плохой проводник тепла, если только он не движется. Движение воздуха помогает ему переносить тепло с одного места на другое, в чем легко убедиться, подержав ладонь над свечой. Значит, пористые материалы, в которых удерживается воздух, должны останавливать поток тепла и являться хорошими изоляторами. Так, переносной холодильник для прогулки можно сделать из пенопласта — пенистой пластмассы с большим количеством заполненных воздухом пор. Если поставить в такой холодильник бутылку холодного лимонада, она будет долго оставаться охлажденной, так как тепло из окружающего воздуха будет проникать через пенопласт очень медленно. Минеральная шерсть, стекловата и асбестовые материалы, пронизанные порами с воздухом, широко используются для утепления зданий. Они не пропускают тепло внутрь дома летом и наружу из комнат зимой С другой стороны, металлы используются для изготовления таких предметов, как посуда, батареи отопления, когда требуется, чтобы материал хорошо проводил тепло.

Потрогайте рукой различные предметы в ванной комнате, чтобы определить, насколько хорошо они проводят тепло. Коснитесь двери, полки, металлической батареи, дверной ручки. Проведите рукой по кафельной стене, полу, зеркалу, штукатурке на стене. Подержите сухое полотенце, кусок бумаги. Холодные или теплые эти предметы на ощупь Какие холоднее Эти предметы — хорошие проводники тепла; рука, прикасаясь к ним, легко отдает свое тепло. А те-предметы, которые не показались вам холодными, сделаны из материалов, затрудняющих отвод тепла от нашего тела.

Температура воды

О природе теплоты Наверняка, то, что вы узнали о свойствах теплоты, вызвало много вопросов. Например, как теплу удается проходить через твердый металл Или почему испарение приводит к охлаждению В течение многих лет ученые напряженно работали, чтобы создать теорию, способную дать ответы на все эти вопросы. Теория основана на представлении о молекулах -— очень маленьких частицах, из которых состоят все вещества. Молекулы находятся в непрерывном движении и все время взаимодействуют друг с другом. В жидкостях и газах они способны передвигаться на большие расстояния, причем в газах движение происходит более свободно, чем в жидкостях. В твердом теле молекулы только совершают колебания вблизи определенных мест. Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура тела. При передаче тепла через твердый материал распространяется не вещество, вроде воды или воздуха, а изменяется интенсивность колебаний молекул.

См. также:  Свет и волны в воде

Посмотрим, что происходит, когда пища в кастрюле, поставленной на плиту, разогревается. Движение молекул горящего газа намного быстрее, чем у предметов с нормальной температурой. Эти быстрые молекулы сталкиваются с молекулами металла у дна кастрюли, и те начинают двигаться. гораздо быстрее. Затем, в свою очередь, начинают двигаться быстрее молекулы, расположенные в верхних слоях металла. И так от молекулы к молекуле быстрое колебательное движение распространяется через металл и достигает содержимого кастрюли.

А почему происходит охлаждение, когда вода или любая другая жидкость испаряется Жидкости отличаются от твердых тел тем, что молекулы в них могут вырываться из своего окружения и двигаться более или менее сами по себе. Межмолекулярных сил уже не хватает, чтобы удерживать молекулу в одном определенно положении, как это имеет место в твердых телах. Но силы притяжения в жидкости еще достаточно велики, чтобы удерживать молекулы все вместе, в объеме жидкости, налитой в сосуд. Во время своих путешествий по жидкости молекулы соударяются друг с другом, а так как их скорости очень велики, можно даже сказать, что они бомбардируют друг друга. И может случиться, что моле-кула, находящаяся недалеко от поверхности, получит при соударении настолько большую скорость, что сможет вылететь из жидкости в воздух.

Сумеет ли она преодолеть силу притяжения своих соседей снизу Это зависит от того, насколько велика ее скорость. Некоторые молекулы летят так быстро, что полностью преодолевают притяжение и становятся частицами газа или пара. Они, таким образом, испаряются. Обратим внимание, что в про-цессе испарения жидкости ее покидают самые быстрые молекулы. Какие же молекулы остаются Более медленные, конечно. Но более медленные молекулы соответствуют более низкой температуре тела. В результате при испарении вода охлаждается. Если испарение происходит с поверхности кожи, вы почувствуете сильное охлаждение.

Молекулярная теория теплоты, с основами которой мы познакомились, насчитывает почти два столетия. С момента ее появления тысячи ученых проверили ее сотнями разных способов Теперь уже нет ни малейшего сомнения в том, что она правильна.

ЗАДАЧИ

1. Что охлаждается быстрее—ванна, наполненная горячей водой, или стакан с горячим чаем?

Объясните — свой ответ.

2 Придумайте три способа, с помощью которых можно ускорить испарение жидкости.

3 Может ли нам казаться теплее в сырую погоду, чем в сухую (при той же температуре воздуха)?

САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Разберитесь в принципе работы холодильника, охлаждающее действие которого основано на испарении.

2 Придумайте и сконструируйте коробочку, в которой кубик льда не растаял бы полностью и за 10 часов.