Читальный зал -->  Физический фейерверк 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [ 65 ] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

или деревянные (которыми пользовались раньше) проводят тепло достаточно плохо, поэтому водяная смазка в этом случае сохраняется. Если температура снега много ниже точки таяния, то водяной слой не возникает, и тогда для уменьшения трения лыжи необходимо смазывать лыжной мазью.

3.46. Коньки, как и лыжи (см. задачу 3.45), скользят по тонкому слою воды, но в этом случае таяние льда обусловлено давлением. Вес конькобежца, распределенный на плошади двух узких полозьев коньков (точнее, на плошади действительного соприкосновения коньков со льдом, а не полной площади их полозьев), создает давление на лед, достигающее более 48,3 МПа. Другие вещества в отличие от льда не тают под давлением, поэтому кататься по ним на коньках нельзя.

Важную роль здесь, по-видимому, играет следующий механизм теплопередачи. Лед, замерзающий за коньком, отдает ему тепло (скрытая теплота плавления). По коньку это тепло распространяется к новым точкам контакта конька со льдом.

Этот механизм теплопередачи можно обнаружить в с- едующем опыте. Если на брусок льда надеть проволочную петлю, к которой подвещен груз, то можно заметить, как петля станет довольно быстро разрезать лед, причем за проволокой лед будет вновь смерзаться, отдавая через проволоку тепло нижним слоям льда. Капроновая нить такого же диаметра будет резать лед гораздо медленнее вследствие ее плохой теплопроводности.- Прим. ред.

3.47. При резком потеплении часть снега может растаять

и обеспечить смазку для соскальзывания остального снега. Не менее опасным может быть и резкое похолодание. Например, при заходе солнца часть растаявшей за день воды может замерзнуть. Объемное же расширение воды при замерзании (на 11%) может вызвать лавину.

3.48. Когда лепят снежок, комок снега сжимают. Под давлением снег (по крайней мере поверхностный слой) растапливается; затем, замерзая, он и удерживает слепленный снежок.

3.49. Шины с шипами вгрызаются в снег и тем самым увеличивают сцепление с дорогой. Действие таких шин основано на том, что лед и снег под каждым шипом тают под давлением, создаваемым весом автомобиля. При наличии шипов вес автомобиля распределяется на меньшей площади опоры (площади соприкосновения шипа с дорогой), поэтому давление на лед увеличивается. Если температура снега и льда ниже -17,8° С, то такое увеличение давления оказывается недостаточным, чтобы вызвать таяние. Посыпать дороги песком целесообразно только в том случае, когда при таянии под давлением льда или снега он может прочно закрепиться на дороге. При слишком большом морозе этого не произойдет.

3.50 и 3.51. Когда в воду добавляют соль, то количество тепла, которое необходимо отбирать у раствора при замораживании, возрастает, поэтому температура

его замерзания понижается. Добавка соли также повышает температуру кипения воды. Чтобы преодолеть притяжение к молекулам соли, молекулам воды придется двигаться значительно скорее, только тогда они смогут оторваться и перейти в пар. Аналогичное понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения лежит в основе действия антифриза в автомобильном радиаторе.

3.52. Для испарения воды требуется тепло. Чтобы молекула воды оторвалась от слоя воды, то есть чтобы произошло испарение, молекуле необходимо сообщить энергию, которая позволила бы ей преодолеть притяжение других молекул воды. В то же время часть молекул пара будет случайным образом попадать в воду и отдавать ей избыток энергии. Если жидкость находится в равновесии со своим паром в закрытом сосуде, то на испарение затрачивается такое же количество энергии, какое поступает за счет конденсации. Однако при наличии ветра водяной пар непрерывно уносится, и водяной слой теряет энергию. Если такой водяной слой покрывает вашу кожу, то энергия для его испарения отбирается у вашего тела, и вы ощущаете прохладу. Метиловый спирт испаряется быстрее воды и скорее охлаждает кожу. Пористая холщовая сумка, в которой хранили воду, охлаждалась вследствие испарения воды с ее поверхности, которое особенно усиливалось, если сумку обдувал ветер.

3.53. Энергия, необходимая для испареЕЕия горючего, отбирается у воздуха, в результате чегч) он охлаждается. При этом в воздухе может появиться избыток водяного пара, который начнет конденсироваться. Если относительная влажность воздуха на улице составляет 65-100%, а температура заключена в пределах от -4 до +10° С, то конденсирующаяся вода может намерзнуть на дроссельной заслонке.

3.54. Соляной раствор в глыбах льда заключен в своеобразные ячейки, которые перемещаются вниз под действием силы тяжести и в направлении, где вследствие постоянного подтаивания и подмерзания льда температура наиболее высокая. Обычно такую температуру имеет самая нижняя часть ледяной глыбы, так как она либо плавает в океане (а океан теплее окружающего воздуха), либо лежит на земле (земля также теплее окру-жаюгцего воздуха). В результате ггеремегнения ячеек соляного раствора послед-ггий постепенно выходит из льдины, и она примерно через год становится пригодной для получеггия питьевой воды, а через несколько лет почти совершенно лишается соли.

Попробуем разобраться, как же происходит процесс обессоливания льда. Рассмотрим некую произвольную ячейку, вертикально расположенную внутри глыбы. Солеггость раствора такова, что его температура ггримерно равна средней температуре окружаюгцего льда. В нижней, более теплой ча-

сти ячейки соленость велика (см. задачу 3.50), но в результате подтаивания льда она уменьшается. В верхней же, более холодной части ячейки соленость гораздо меньше, но она увеличивается вследствие замерзания льда. Поэтому ячейка постепенно перемещается в низ ледяной глыбы и со временем выходит из нее.

3.55. На испарение воды в кастрюле затрачивается значительное количество тепла. Если кастрюля открыта, то это тепло теряется, так как пар уносится воздушными потоками. Если же кастрюля накрыта крышкой, то пар остается в ней и тепло удерживается внутри кастрюли.

3.56. В литературе мне встретилось лишь одно-единственное упоминание об этом эффекте. Почему бы вам гге поэкспериментировать с собственной духовкой? Понаблюдайте, способствует ли увеличение влажности воздуха в духовке более быстрому ее нагреву. Меньше ли при этом потребуется тепла, чтобы нагревать воздух, скажем, на один градус? Изменится ли в этом случае циркуляция воздуха?

3.57. Часто, чтобы предотвратить замерзание воды в радиаторах автомобилей, в гараже рядом с радиатором ставят большой таз с водой. При приближении температуры воздуха в помещении к точке замерзания воды сосуд, наполненный водой, служит резервуаром тепла. Когда в нем начинает образовываться лед, высвобождается довольно

большое количество тепла (скрытая теплота кристаллизации), благодаря чему дальшейшее о.хлаждение помещения задерживается.

3.58. Ранним утром, по мере того как начинает пригревать солнце, наружный охладившийся за ночь воздух постепенно проникает в ледник. Из-за низкой температуры в леднике влажность этого воздуха достигнет предельного значения и часть пара в нем конденсируется. В процессе фазового перехода пар - жидкость высвобождается большое количество тепла и температура внутри ледника повышается. Если же утром в ледник попадает прямой солнечный свет и согревает воздух внутри него, то приток воздуха извне и связанная с этим конденсация ограничиваются.

3.59. Нижний, более широкий конец приспособления для жаренья мяса согревается теплом духовки, и вода, заключенная внутри трубки, нагревается и превращается в пар, потребляя при этом большое количество тепла, которое необходимо для перехода воды из жидкого состояния в газообразное. Горячий пар поднимается в верхний конец трубки, на который насажен относительно холодный кусок мяса. Здесь пар конденсируется, высвобождая тепло, которое в свое время было затрачено на переход воды в пар. Жидкая вода стекает по трубке вниз, и цикл начинается сначала. При использовании такого приспособления мясо получает в 100- 1000 раз больше тепла, чем в

случае цельного стержня из того же металла, что обусловлено большой удельной теплотой парообразования.

3.60. Если бы горы были выше некой критической высоты, которая составляет примерно 30 км, то давление у основания горы оказалось бы настолько велико, что породы там расплавились бы и высота горы уменьшилась до критического значения. Поэтому высота гор не может превышать 30 км. Поскольку сила тяжести на поверхности Марса меньше, чем на поверхности Земли,критическая высота марсианских гор больше, чем земных.

3.61. Если процедура окропления кипятком начинается в тот момент, когда из котла только доносятся первые громкие звуки, то вода там еще не достигла температуры кипения (см. задачу 1.12) и, хотя она очень горячая, она не опасна. Когда человек подбрасывает воду вверх, она разбивается на капли, которые успевают несколько охладиться, прежде чем попадут на кожу. Если, кроме того, участник представления потеет, что наверняка и происходит на самом деле, то пот также защищает его от горячих капель.

Увеличение площади поверхности воды также способствует ее охлаждению, поскольку сопровождается поглощением тепла.- Прим. ред.

3.62. Испарение с поверхности воды происходит даже в том случае, когда ее не нагревают. Молекулы жид-

кости, имеющие достаточно высокую энергию, покидают жидкость. Некоторые из молекул пара затем возвращаются в жидкость, но если пар не насыщен, то в целом больше молекул уходит, чем возвращается. Когда жидкость достигает температуры кипения, образование пара происходит не только со свободной поверхности жидкости, но и в ее объеме. Внутри жидкости образуются пузырьки насыщенного пара, которые растут, поднимаются на поверхность и лопаются там.

Бурный рост пузырьков в жидкости происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара равно атмосферному. Поэтому при нормальном атмосферном давлении (1 атм) вода кипит при 100°С. В условиях пониженного атмосферного давления, например на вершине горы, вода кипит при более низкой температуре.

Если вода очень чистая и не подвергается механическим воздействиям извне, то при данном давлении ее можно нагреть выше точки кипения. И тогда любое слабое возмущение - просто какая-нибудь пылинка, попавшая в воду,- может вызвать бурное кипение.

3.63. Из-за волн и капиллярных явлений по краям луж и озер образуются тонкие слои соленой жидкости. Вода из них испаряется, а растворенная в ней соль откладывается на берегу.

3.64. Головка такой птички соединена трубочкой с нижней частью ее туловища, куда налита вода с таким

расчетом, чтобы она покрывала конец трубочки. Вместе с водой как в основании, так и в трубочке и головке присутствуют ее пары, причем эти области разделены. Когда вода с покрытой фетром головки испаряется, последняя и находящийся в ней пар охлаждаются (см. задачу 3.52). Давление паров в головке уменьшается. Тогда давление паров в основании становится больше, чем в головке, и вода начинает медленно подниматься вверх по трубочке. В итоге равновесие птички нарупгается, и ее головка опускается в стакан с водой. Когда птичка принимает горизонтальное положение, две области с паром соединяются, и давление в них выравнивается. Теперь уже ничто не заставляет воду подниматься вверх по трубочке, она стекает вниз, и равновесие восстанавливается. Птичка возвращается в вертикальное положение, и весь цикл начинается снова.

Корпорация РЭНД исследовала возможность использования больших птиц такой конструкции для подачи воды в оросительные каналы в странах Ближнего Востока [1457].

3.65. Когда капля попадает на раскаленную сковороду, ее нижняя часть мгновенно испаряется и образует паровую подушку между сковородой и оставшейся частью капли. Затем благодаря излучению тепла сквозь паровую подушку, конвекционным потокам внутри подушки и теплопроводности капля нагревается. Однако, чтобы она нагрелась таким образом до кипения, потребуется

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [ 65 ] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.