Помоги проекту - поделись книгой:
Джеймс Прескотт Джоуль, родившийся 24 декабря 1914 года, считается одним из величайших английских физиков. Больше всего это интересовала природа теплоты и превращения разных видов энергии в тепловую. Исследования в этой облает принесли ему заслуженную славу.
Джоуль не был первым физиком, занимавшимся этими вопросами. Еще до него установили в результате многочисленных опытов, что теплота, электричество, магнетизм, химическая и кинетическая энергия — это не обособленные явления. Несмотря на существенные различия между ними, все они представляют собой виды энергии, т. е. способны совершать работу и превращаться одна в другую.
Очередной задачей, которую поставили перед собой физики, было определение законов, управляющих превращением одного вида энергии в другой. Джеймс Джоуль занимался как раз этой проблематикой. Он изучал прежде всего два явления: выделение тепла в проводнике при прохождении по нему электрического тока и получением теплоты за счет механической работы. Сегодня мы расскажем вам об экспериментах, которые ставил Джоуль, чтобы выяснить второе явление.
В середине XIX века, т. е. во времена Джоуля, ученые часто черпали свои идеи из наблюдений за работой промышленного оборудования. Один из предшественников Джоуля, Майер, пытался определить закон, управляющий превращением механической энергии в теплоту, пользуясь устройством, работавшим на бумагоделательной фабрике. В чане, наполненном жидкой бумажной массой, находился механизм, перемешивавший содержимое. Он приводился в движение лошадью, ходившей по кругу. От смешивания температура бумажной массы незначительно повышалась (то же самое происходит, например, при растирании сливочного крема). Майер измерял рост температуры и собирался на этом основании определить, какую работу следует проделать для получения определенного количества тепловой энергии.
Однако его метод исследования не мог гарантировать большой точности. Трудно ведь точно подсчитать работу, проделанную лошадью, а значительная часть тепла рассеивалась в воздухе. Еще одна трудность — быть может, самая главная — заключалась в том, что у Майера, врача по профессии, было очень мало свободного времени, которое он мог посвятить своим физическим экспериментам.
Джеймс Джоуль находился в более выгодном положении. Он унаследовал от отца пивоваренный завод и располагал средствами, на которые мог оборудовать дома физическую лабораторию со всеми необходимыми приборами. Было среди них и устройство, с помощью которого он изучал закон, управляющий превращением механической энергии в теплоту (смотри рисунок).
Расскажем о нем поподробнее. На деревянной подставке, которая служит термоизолятором, находится калориметр: металлический сосуд с двойными отполированными стенками, сделанный из двух цилиндров, вставленных один в другой. Между днищами цилиндров находится слой пробки, а промежуток между боковыми стенками заполнен воздухом. Таким образом, внутренний цилиндр изолирован от окружающей среды. Он заполнен жидкостью, которая перемешивается с помощью крыльчатки — металлических лопастей с отверстиями, насаженных на ось. Верхняя и нижняя части металлической оси крыльчатки соединены деревянным валиком, который также препятствует утечке тепла. В верхней части крыльчатки находится веревка. Ее концы Джоуль намотал на два блока.
К двум кускам веревки, намотанным на оси блоков, привязаны грузы в форме — кружков. Прибор имел также две шкалы, находившиеся около грузов, которые позволяют измерять перемещение грузов, а также термометр (на рисунке его нет), служивший для измерение температуры жидкости в калориметре.
С помощью рукоятки Джеймс Джоуль наматывал веревку на ось крыльчатки, в результате чего вращались блоки, наматывая веревки с грузами и поднимая их кверху. Теперь прибор готов к работе. Достаточно освободить рукоятку, чтобы грузы, опускаясь вниз, привели в движение блоки и ось крыльчатки. Вращаясь, крыльчатка преодолевала сопротивление жидкости. В результате произведенной работы жидкости, крыльчатка и внутренний сосуд калориметра нагревались. Джоуль измерял повышение температуры названных элементов. Зная массу и удельную теплоемкость жидкости и соприкасавшихся с ней металлических лопастей, он определял количество передаваемого им тепла. Механическую работу, в результате которой образовалось это тепло, он вычислял, зная массу грузов и расстояние, на которое они переместились.
Джеймс Джоуль сконструировал свой прибор в 1847 году, а три года спустя усовершенствовал его. Проведя очень большое число измерений и расчетов, ученый определил, что количество тепла, выделяющегося при механической работе, пропорционально проделанной работе. Он определил также механический эквивалент теплоты.
Описывая результаты исследований, Джоуль отмечал, в частности: «Работа, проделанная грузом в один фунт, если она будет использована для образования теплоты путем трения воды, поднимет температуру одного фунта воды на один градус по Фаренгейту».
Учитывая разницу в высоте, число циклов работы грузов и принятие у нас единицы измерения, мы можем сказать, что для получения одной килокалории тепла необходимо проделать работу в 423 килограммометра (одна килокалория — количество тепла, необходимое для того, чтобы нагреть один килограмм воды на один градин по Цельсию: килограммометр — количество работы или механической энергии, необходимой для поднятия массы в один килограмм на высоту одного метра).
Следует добавить, что Джоуль пытался вычислить механический эквивалент и другим путем. Во время своих путешествий по горам он измерял температуру воды в водопадах вверху и внизу. Оказалось, как он и предполагал, что внизу вода была немного теплее.
Джеймс Джоуль, пивовар по профессии, всю свою жизнь посвятил физике. Как физик он и вошел в историю. Его заслуги на поприще науки — а пока мы рассказали только об одной из его работ — получили признание. Его именем названа единица работы и энергии.
Фантазия и действительность
ЛЮДИ ВСЕГДА ХОТЕЛИ ЗНАТЬ, КАКИМ БУДЕТ МИР ЧЕРЕЗ НЕСКОЛЬКО ДЕСЯТКОВ ИЛИ СОТ ЛЕТ. УЧЕНИЕ И ПИСАТЕЛИ ПЫТАЛИСЬ ПРЕДСТАВИТЬ КАРТИНЫ БУДУЩЕГО В СТАТЬЯХ, НАУЧНО-ФАНТАСТИЧЕСКИХ РОМАНАХ, СКАЗКАХ. СЕГОДНЯ МЫ МОЖЕМ СУДИТЬ, В КАКОЙ МЕРЕ СБЫЛИСЬ ИХ ПРОРОЧЕСТВА.
«Твардовского позвали… Он быстро собрал все предметы, которые нужны были для таинства, взял под мышку палку, свиток пергамента, книгу, какую-то коробочку и, запахнувшись в широкий плащ, велел Мацеку остаться, а сам последовал за придворным…
… Они вошли тихонько, король, бледный и безмолвный, опустился на кресло. Твардовский молча разложил на столе магические принадлежности, обвел взором комнату и велел придворному заслонить висевшее на стене распятие. Король не произнес ни слова, словно не видел и не замечал происходившего. Наконец, встал Твардовский против короля у стены и, собираясь уже произнести слова заклятья, обратился к Августу:
— Ваше королевское величество, соизвольте дать прядь волос покойной королевы.
Август торопливо пошарил на груди дрожавшими руками и, вынув черную книжечку, скрепленную золотой пряжкой, достал из нее не много волос и протянул придворному, который отнес их Твардовскому…
… Прошло еще одно мгновенье, и Твардовский начал вызывать дух королевы, сжигая ее волосы над лампой. Тяжелый дым потянулся от них по комнате, словно пеленой застлав ее. Потом лампа разгорелась ясным светом, двери находившиеся напротив тех, в которые вошли собравшиеся, с шумом распахнулись, и появилась фигура. Она словно плыла по комнате, не касаясь земли. Это была прекрасная женщина небольшого роста, статная, с печальным лицом, голубыми глазами и светлыми волосами, в белом покрывале, из-под которого виднелся богатый убор. Ее взор был обращен туда, где сидел Август. Она шла медленной поступью, то и дело останавливаясь, и снова скользя, тихо и неприметно, как стрелка по циферблату. Призрак двигался медленно-медленно, не сводя с Августа взора, перед которым он никогда не мог устоять при жизни королевы, но была в нем скорбь и невыразимая тоска…»
Каждый знает, что, глядя на диапозитив, можно узнать, какое изображение появится на экране. Если снимок был сделан хорошо, а люди или предметы сфотографированы с довольно близкого расстояния, то, рассматривая диапозитив под свет, вы заранее сможете узнать, появится ли на экране, например, тетя Ваца со своей любимой собакой Плуто, или Марек с мячиком в руках.
Однако есть такой способ регистрации изображения, при котором, глядя на пластинку, вы не сможете узнать, что на ней запечатлено, поскольку увидите лишь разные узоры из полосок (они образованы линиями интерференции, т. е. наложения волны, рассеянной объектом, или сигнальной, и вспомогательной волны, или опорной). Зафиксированная на светочувствительной поверхности интерференционная картина называется голограммой, а метод получения и воспроизведения изображения, основанный на интерференции волн, — голографией.
В двух словах невозможно объяснить принцип голографии, так что тот из вас, кто об этом ничего не слышал и не читал, пусть не огорчается. Важно просто знать, что голограмма, ничуть не напоминающая — в отличие от фотографии — зафиксированный объект, обладает поистине поразительными свойствами. Если снова просветить ее той же опорной волной, то наблюдатель, смотрящий сквозь голограмму, увидит светящееся объемное изображения объекта в том месте, где он находился при съемке.
И еще один характерный признак голографического изображения: с каждой точки его видно по-разному. Стоя перед объектом, представляющим, например, голову человека, мы видим лицо в анфас, а стоя с боку, — в профиль. Действительно, создается впечатление, будто нашему взору предстает нечто реальное, но бесплотное. Ни дать ни взять — призрак…
Вот уже несколько лет ведутся работы над тем, чтобы «оживить» голографические изображения и создать голографическое объемное кино. Однако гораздо более важное значение имеет применение голографии для регистрации информации в голографических запоминающих устройствах. В таком устройстве на кристалле величиной с кусок сахара можно записать все, что содержится в великом множестве книг.
Идея голографии была впервые высказана Деннисом Габором в 1947 году; возможность же ее технического осуществления зависела от нахождения источника когерентного света, которым оказался позднее лазер. Экспериментально голограммы впервые получили американские физики Э. Лэйст и Ю. Упатнекс в 1962 году.
Стоит заметить, что над возможностью такой записи информации задумывался в 1920 году польский физик Мечислав Вольфке.
Фокус-покус-абракадабра…
Фокусник дает одному из зрителей веревку длиной около 120 см и просит хорошенько привязать ее концы к кистям рук (фокусника) так, чтобы ладонь нельзя было вынуть из образовавшейся петли. Затем он берет пальцами кольцо диаметром около 4 см или просто маленький бублик, обе руки закрывает большим платком и все видят, что кольцо висит посередине веревки, к тому же на нем завязан узел.
Как, не разрезая кольца, продеть его на веревку, концы которой крепко привязаны к кистям рук?
Я уверен, что, не зная секрета, никто не сможет это сделать.
Объяснение фокуса:
На рисунках показаны очередные операции, которые выполняет фокусник под платком.
Концы веревки привязаны к кистям рук, кольцо находится в пальцах левой руки.
Пальцами правой руки сложите веревку посередине, пальцами левой руки наденьте кольцо на сложенную веревку.
Образовавшуюся петлю проденьте левой рукой под веревочной петлей на кисти правой руки (вставьте петлю изнутри в направлении пальцев).
Петлю положите на правую ладонь.
Петлю просуньте под веревочной петлей на правой руке.
Последний этап. Снимите петлю с ладони (над веревочной петлей). Кольцо оказалось на середине веревки, к тому же — перевязанное узлом.
Мы старались очень точно описать отдельные этапы фокуса. На первый взгляд все кажется очень сложным, однако это не так. При небольшой сноровке можно проделать все эти операции буквально за пять секунд. На это время фокусник закрывает руки платком. Конечно, перед показом фокуса надо немного потренироваться. Если вам удастся хорошо овладеть всеми операциями, то можно показывать фокус и без платка, на глазах зрителей, выполняя все время быстрые движения руками (лучше всего снизу вверх), для того чтобы никто не мог разглядеть, как это делается. Стоит хорошенько поупражняться, чтобы фокус удался на славу.
По белу свету
МАТРАЦ 18 000-ЛЕТНЕЙ ДАВНОСТИ
При обследовании пещеры на побережье Южной Африки американские археологи обнаружили многочисленные следы стоянок человека позднего каменного века (18 тысяч лет назад). Наряду с каменными и костяными орудиями, охотничьими и рыболовными снастями внимание ученых привлекли остатки подстилок из морской травы, на которых спали обитатели пещеры. И сейчас из морской травы делают матрацы, а многие наши современники предпочитают их изделиям из пенопласта.
СУДЬБА ПЛАСТМАСС
Ликвидация отходов из пластмасс — вопрос, не дающий покоя ученым развитых в экономическом отношении стран. Недавно в Японии стали подвергать пиролизу старые автопокрышки, получая газ и гарное масло высокой калорийности. Из полиэфирных отходов, смешиваемых с определенными реактивами, вырабатывают фольгу, которая после покрытия эпоксидной смолой находит применение в авиационной промышленности.
Особенно много трудностей с утилизацией пластмасс, содержащих фтор. Они подвергаются облучению кобальтовым конусом до тех пор, пока не Превращаются в порошок, который применяется при производстве восков.
ШУРУПЫ, КОТОРЫЕ НЕЛЬЗЯ ВБИВАТЬ
Поделиться книгой: