counter?id=2204607;js=na Разрушительная сила нагретой воды
logo
logo

Последний наш опыт заключался в том, что мы охлаждали воду до замерзания внутри прочного сосуда, который в этом случае лопался, Почти невозможным кажется здравому смыслу, что противоположное условие, т. е, нагревание воды, приводит к тому же результату. И все же это всем хорошо известно; стоит только вспомнить частые взрывы паровых котлов.
Если мы захотим показать разрывную силу горячей воды в доме, то необходимо принять меры предосторожности. Для этого удобно взять такой сосуд, у которого одна часть будет слабее другой, чтобы мы могли знать, какая из них лопнет. Необходимо еще сосуд держать так, чтобы никто не пострадал от взрыва. Для этого можно взять прочный железный цилиндр, закрытый медной пластинкой, которым мы уже пользовались в предыдущем опыте. Если достаточно нагреть воду, то она разорвет крышку совершенно таким же образом, как это делал и лед, когда образовывался из воды. Внезапное образование паров будет при этом совершенно безвредным, если умело держать отверстие. Если же мы наполним полость цилиндра только на % водой, то тогда крышка взорвется не вследствие расширения воды, а благодаря разрушительному действию пара. Эти оба вида взрывов можно показывать на одном и том же приборе. В последнем случае, чтобы получить наверное хороший взрыв, лучше заменим медную пластинку резиновой перепонкой. Эта замена вполне успокоит нервного экспериментатора, а сила звука получится почти такая же.
Для объяснения разрушительного действия нагретой воды или водяного пара можно было бы удовольствоваться указанием на то, что тела с повышением температуры всегда расширяются. Сосуд определенной крепости может в течение некоторого времени, пока внутри его давление не достигает известных пределов, препятствовать расширению. Но стоит давлению перейти за этот предел, сосуд неминуемо должен лопнуть, и сотрясение воздуха, которое вызвано этим внезапным расширением, мы слышим, как звук взрыва. Конечно, мы могли бы ограничиться этим объяснением, но мы воспользуемся случаем, чтобы составить себе более точное представление о явлениях, которые имеют место в жидкости и паре, и о причинах их разрушительного действия, основываясь на учении, которое в наше время разделяется всеми физиками. Именно, чтобы понять механические действия тепловой энергии, следует ее себе представить, как энергию движения мельчайших частиц материи.
Мельчайшие части, на которые мы можем разделить вещество, не изменяя его химического строения, называются молекулами.
Таким образом, мы представляем себе, что тепловые действия тела возникают благодаря движениям, именно благодаря колебательным движениям его молекул.
Молекулы, в свою очередь, по нашим представлениям, состоят из атомов. При возникновении и распадении химических соединений, т. е. при перегруппировке атомов во время химического процесса, часто возникает тепло, которого раньше не наблюдалось.
Чтобы понять это, нужно допустить, что не только молекулы, как нечто целое, производят колебательные движения, которые мы воспринимаем как теплоту, но еще, что атомы внутри молекул также совершают колебательные движения, которых мы обычно не замечаем, и которые при химических процессах могут превращаться в молекулярные движения, т.е. в теплоту. Возможен и обратный случай, что молекулярное движение, воспринимаемое нами как теплота, превращается в незаметное для нас движение атомов. Есть, действительно, много химических процессов, при которых наблюдается не возникновение теплоты, а ее поглощение.
Теперь, после этого небольшого отступления, вернемся к молекулярным или тепловым колебаниям. Мы должны себе представлять, что эти колебания происходят с тем большей скоростью, чем теплее наше тело.
Предполагают, что в накаленном добела теле молекулы совершают больше шести биллионов колебаний в секунду. Можно допустить, что в твердом теле молекулы так тесно связаны и колеблются с такой сравнительно небольшой силой, что взаимное притяжение поддерживает их в определенном положении. Это, конечно, соответствует действительности лишь в обших чертах, так как оказалось, что даже в твердых телах молекулы обладают некоторой свободой передвижения.
Когда твердое тело сильно нагрето, т.е. когда его частицы стремятся к более сильным колебаниям, под влиянием толчков со стороны быстро колеблющих молекул другого тела, например, молекул газового пламени, то частицы самого тела сообщают также друг другу более сильные толчки, и поэтому стремятся все дальше удалиться друг от друга. Таким образом происходит известное явление расширения тел под влиянием тепла.
Представим себе кусок воска во время нагревания. Это значит, что молекулы его колеблются быстрее, сообщают друг другу все более интенсивные толчки и все дальше удаляются друг от друга. Наступает, наконец, момент, когда колебания будут настолько Сильны и удаление молекул достигнет таких размеров, что они будут в СОСТОЯНИИ преодолеть силу взаимного притяжения; тогда они будут двигаться почти совсем независимо друг от друга. Движение будет происходить почти без взаимного трения или даже вовсе без него и неподвижное расположение молекул нарушится. Вещество расплавилось, и стало жидкостью.
Теперь возьмем нагретую воду в закрытом котле или цилиндре. Увеличение температуры обозначает вместе с тем усиление и оживление молекулярных движений. Наконец удары, наносимые молекулами друг другу, достигнут такой силы, что молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, будут выброшены в пространство над ней. При этом они двигаются с большой скоростью и часто ударяются о внутренние стенки цилиндра и друг о друга. Отражаются обратно и вновь летят, пересекая пространство во всех направлениях. Теперь жидкость перешла в парообразное состояние, очень сходное с газообразным. Теперь нетрудно понять, как столь легкое и неосязаемое тело, как пар, дает такое сильное давление; оно объясняется действием ударов колеблющихся молекул на стенки сосуда. Если один мальчик бросит камень в открытую дверь, то, кроме порчи краски, мы не заметим иного результата. Если же мы представим, что тысячи мальчиков бросают каждую секунду по камню, так, чтобы каждый камень попал в наружную сторону двери, то этот дождь камней будет производить непрерывное давление на дверь, и она закроется.
То же происходит и с молекулами водяного пара; так же точно производят они сильное давление на внутренние стенки котла. Взятая в отдельности, каждая из них очень мала, но на каждую частицу поверхности стенок котла направлены миллионы ударов. И потому общее давление велико, как известно, оно будет тем больше, чем выше температура, т.е. чем быстрее движение молекул. Если котел закрыт или паровая труба засорена, или же предохранительный клапан отказывается служить, то в конце концов напор молекул разорвет стенки котла в наиболее слабом месте. Тогда произойдет взрыв котла!