«Детская книга науки»

Профессор Уитстон изобрел остроумные поляризационные часы для показа времени суток с помощью поляризационной способности атмосферы. Берт, Пауэлл и Лисон — каждый из них изобрел инструменты для исследования круговой поляризации жидкостей, с помощью которых можно получить более глубокое знание относительных значений сахаристых растворов, помимо раскрытия других истин, важных для исследователей в этой области науки.

И последнее, но не менее важное: именно с помощью поляризованного света д-р Фарадей установил связь, существующую между светом и магнетизмом, а через последний — с силой электричества; и следующий рисунок показывает необходимый прибор, требуемый для повторения этой весьма важной физической истины, а именно: отклонение плоскости поляризации света под влиянием магнитной силы мощного электромагнита. (Рис. 341.)

Fig. 341.

a. Источник света и конденсорная линза. b. Одноизображающая призма Николя. c. Горный хрусталь с двумя вращениями. d. Двояковыпуклая линза. e e. Тяжелое стекло Фарадея. f f. Мощный электромагнит, соединенный с батареей. g. Двоякопреломляющие призмы. h. Изображение или экран, где показано отклонение плоскости поляризации магнитной силой.

С помощью другого, столь же красивого эксперимента в Лондонском институте профессор Гроув продемонстрировал получение всех других видов силы из света, используя для этой цели следующее устройство:

Подготовленная дагеротипная пластина заключена в ящик, наполненный водой, имеющий стеклянную переднюю часть со шторкой над ней; между этим стеклом и пластиной находится решетка из серебряной проволоки; пластина соединена с одним концом катушки гальванометра, а решетка из проволоки — с одним концом спирали Бреге; другие концы гальванометра и спирали соединены проволокой, а стрелки установлены на ноль. Как только луч дневного или оксиводородного света, при поднятии шторки, попадает на пластину, стрелки отклоняются. Таким образом, свет является инициирующей силой, и мы получаем

Химическое действие на пластине, Электричество, циркулирующее по проводам, Магнетизм в катушке, Тепло в спирали, Движение стрелки.

Таковы, следовательно, некоторые из славных явлений, которые мы попытались объяснить в этой и предыдущих главах о свете. Здесь мы особо отметили, насколько полностью мы обязаны их восприятием чувству зрения, действующему через глаз, орган зрения. Поистине, те, кто потерял этот божественный дар, могут говорить о своей тьме как о потерянном мире красоты, который может быть озарен только лучшим и более долговечным светом; и с наибольшим чувством сэр Дж. Кольридж говорит по этому поводу, когда он заявляет:

«Представьте себе на мгновение, каковы обычные развлечения и разговоры, происходящие за любым из ваших семейных столов; о скольких вещах мы говорим как о само собой разумеющихся, для понимания и даже для простого представления о которых зрение абсолютно необходимо. Подумайте снова, каким горем должна быть потеря зрения, и что, когда мы говорим о золотом солнце, ярких звездах, прекрасных цветах, румянце весны, сиянии лета и созревающих плодах осени, мы говорим о вещах, о которых мы не передаем умам этих бедных созданий, рожденных слепыми, ничего похожего на адекватное представление. Был однажды великий человек, как мы все знаем, в этой стране, поэт — и почти величайший поэт, которым когда-либо могла похвастаться Англия, — который был слеп; и в его произведениях есть отрывок, который настолько верен и трогателен, что точно описывает то, что я пытался слабыми словами нарисовать. Мильтон говорит:

'Thus with the year

Seasons return; but not to me returns

Day, or the sweet approach of even, or morn,

Or sight of vernal bloom, or summer's rose,

Or flocks, or herds, or human face divine;

But cloud instead, and ever-during dark

Surrounds me; from the cheerful ways of men

Cut off, and for the book of knowledge fair

Presented with a universal blank

Of Nature's works, to me expunged and rased,

And wisdom at one entrance quite shut out.

So much the rather, thou, celestial light,

Shine inward, and the mind through all her powers

Irradiate; there plant eyes; all mist from thence

Purge and disperse, that I may see and tell

Of things invisible to mortal sight.'

Великий поэт, будучи погруженным в свою работу, искал небесного света, чтобы совершить ее. И это подводит меня к той части трудов наших Институтов для слепых, на которой я останавливаюсь больше всего и которая, в конце концов, является величайшей компенсацией, которую мы можем предложить обитателям за страдание, которое они терпят; а именно: средства, которые мы предоставляем им для чтения благословенного Слова Божьего, которое они могут читать как днем, так и ночью, ибо свет в их случае не является существенным».

ГЛАВА XXVII.

ТЕПЛО.

Джеймс Уатт.

На протяжении большей части предыдущих глав будет очевидно, что активные свойства материи могут быть суммированы под одним общим заголовком и могут рассматриваться как разновидности притяжения — такие как притяжение гравитации, когезионное притяжение, адгезионное притяжение, притяжение состава (или химическое притяжение), электрическое притяжение, магнитное притяжение.

Абсолютная или автократическая система, однако, не преобладает в делах природы; и она, кажется, всегда стремится, наделяя определенные агенты великими и особыми силами, создавать другие силы, которые могут контролировать и уравновешивать их. Так, например, великая сила когезионного притяжения является вездесущей силой, различимой, как было показано, в твердых телах и жидкостях; но если бы этому агенту позволили буйствовать в полную силу и интенсивность, он тиранически держал бы в подчинении всю жидкую материю, и каждая капля воды, которая в настоящее время сохраняется в жидком состоянии, поддалась бы его железному правлению и сохранила бы твердое состояние льда. Отсюда, следовательно, мудрое создание антагонистической силы — а именно тепла; которое предоставляется не скупо, а щедро даруется земному шару из того вседостаточного и огромного источника — солнца. И именно благодаря смягчающему и разжижающему влиянию его лучей большая часть воды на поверхности земного шара поддерживается в жидком состоянии и способна противостоять силе когезии, которая в противном случае превратила бы ее всю, так сказать, в камень.

Когезия, электричество и магнетизм полностью воплощают понятие сил притяжения, или «притягивания»; в то время как тепло стоит почти одиноко в природе как тип отталкивания, или «отталкивания».

Механически отталкивание демонстрируется отскоком мяча от земли; части, которые касаются земли, на мгновение сжимаются, и именно последующее отталкивание между частицами в этих частях заставляет их снова расширяться и отбрасывать мяч.

Развитие тепла происходит по разным причинам, которые можно считать по меньшей мере четырьмя. Так, сэром Гемфри Дэви было показано, что даже когда два куска льда трутся друг о друга, получается достаточно тепла, чтобы расплавить две поверхности, которые находятся в контакте друг с другом. Трение, следовательно, является важным источником тепла, и одна из самых интересных машин на Парижской выставке состояла из прибора, с помощью которого многие галлоны воды поддерживались в кипящем состоянии с помощью тепла, полученного от трения двух медных дисков друг о друга. Машина привлекла большое внимание своими собственными достоинствами, и особенно потому, что она поставляла кипящую воду для приготовления шоколада, о чем общественность была должным образом проинформирована, что он был сварен теплом, «вытертым» из иначе холодных дисков меди. Когда пушки, изготовленные по старой системе, просверливаются сверлом, необходимо, чтобы последнее поддерживалось в прохладном состоянии постоянной подачей воды, иначе твердая сталь могла бы стать раскаленной докрасна, и тогда потеряла бы свою «закалку» и перестала бы быть способной выполнять свою обязанность.

Граф Румфорд попытался установить, сколько тепла на самом деле генерируется трением. Когда тупое стальное сверло диаметром три с половиной дюйма приводилось в движение против дна латунной пушки диаметром семь с половиной дюймов с давлением, равным весу десяти тысяч фунтов, и совершало тридцать два оборота в минуту, за сорок одну минуту было произведено 837 гран пыли, и генерируемое тепло было достаточным, чтобы поднять температуру 113 фунтов металла на 70° по Фаренгейту — количество тепла, которое способно расплавить шесть с половиной фунтов льда или поднять температуру пяти фунтов воды от точки замерзания до точки кипения. Когда эксперимент повторяли под водой, два с половиной галлона воды при 60° по Фаренгейту доводились до кипения за два с половиной часа.

Химическое сродство так часто упоминалось на этих страницах, что может быть достаточно упомянуть только один хороший пример его почти магической силы в вызывании тепла. Когда кусочек металла натрия помещается на кончик ножа и втыкается в теплую ртуть, или если гранула натрия и несколько капель ртути помещаются на горячую пластину, только что вынутую из духовки, а затем осторожно сжимаются вместе, становится заметным яркое выделение тепла и света; и когда смесь двух металлов остынет, обнаружится, что ртуть потеряла свою текучесть, и получается твердая амальгама натрия и ртути, которая постепенно, при воздействии воздуха, возвращается в жидкое состояние, ртуть высвобождается, в то время как натрий окисляется и образует соду. Точно так же, как обычный сплав меди и золота, используемый ювелирами, теряет свой цвет и блеск из-за окисления меди; и когда ржавая, грязная пленка удаляется трением и полировкой, поверхность снова становится блестящей и остается такой до тех пор, пока не будет атакована другая пленка открытой меди: точно так же натрий атакуется и изменяется кислородом воздуха, в то время как ртуть, оставаясь незатронутой, сохраняет свой блеск и в то же время восстанавливает свою текучесть. Выделение тепла в вышеуказанном случае указывает на то, что между двумя металлами произошло химическое соединение.

Примеры производства тепла электричеством и магнетизмом были в изобилии показаны в главах об этих предметах; и одна из лучших иллюстраций этого факта была показана по случаю открытия телеграфной связи между Францией и Англией с помощью подводного кабеля, когда пушки стреляли попеременно на обоих концах проводящего кабеля с помощью электричества, и событие было таким образом инаугурировано в обеих странах.

То, что тепло является продуктом живой животной организации, показано, так сказать, наглядно удивительными явлениями, которые происходят в наших собственных телах. Люди не очень часто утруждают себя вопросом, откуда берется тепло, или даже мыслью о том, что эта невидимая сила должна поддерживаться в теле, и что медленное горение, или, как называет его Либих, эремакаузис, должно постоянно происходить внутри наших хрупких смертных оболочек; и более того, что мы не можем позволить себе тратить наше тепло. Если тело лишается тепла быстрее, чем оно может быть сгенерировано, смерть должна неизбежно наступить; и очень печальный пример этого примечательного способа смерти недавно произошел в Швейцарии с одним русским джентльменом.

Такой другой пример человека, медленно замерзающего до смерти на глазах и в пределах слышимости других существ, через чьи вены текла кровь при своей привычной температуре (около 90º по Фаренгейту), было бы трудно найти, и поэтому он выступает как яркий пример и иллюстрация уже сделанного утверждения, что живые животные организмы действительно являются источником тепла, которое столь же существенно для благополучия тела, как еда, питье и воздух.

Тепло бывает двух видов и может быть либо заметным для наших чувств, и поэтому называется ощутимым теплом; либо оно может быть полностью скрытым, хотя и присутствует в твердых телах, жидкостях и газах, и тогда называется нечувствительным или скрытым теплом.

Ощутимое тепло.

Первым эффектом этой силы является демонстрация ее отталкивающего действия, и дилатация или расширение трех форм материи под влиянием тепла допускает очень простые иллюстрации. Расширение твердого вещества, как, например, металла, при применении тепла становится заметным при подгонке твердого латунного цилиндра к соответствующему металлическому калибру, который точно опилен так, чтобы принимать первый, когда он совершенно холодный. Если латунный стержень затем нагреть, либо погрузив его в кипящую воду, либо применив пламя спиртовой лампы, его частицы отделяются друг от друга; они теперь занимают большее пространство, и результатом является расширение, и это ясно доказывается применением калибра, который больше не способен его принять. (Рис. 343.) Когда, однако, последний охлаждается, происходит противоположный результат, частицы латуни возвращаются в свое старое положение, и происходит сжатие; следовательно, утверждается, что «тела расширяются от тепла и сжимаются от холода»; и здесь уместно заявить, что термин «холод» имеет отрицательный характер и просто означает отсутствие тепла.

Fig. 343.

a b. Цилиндр из латуни. c d. Железный калибр, принимающий a b продольно, а также в отверстие e в холодном состоянии, но исключающий a b, когда последний нагрет и расширен.

Твердые тела расширяются не одинаково при применении одного и того же количества тепла; так, стержень из стекла площадью один квадратный дюйм и длиной тысячу дюймов расширился бы только на один дюйм при нагревании от точки замерзания до точки кипения воды. Стержень из железа площадью один квадратный дюйм и длиной восемьсот дюймов расширился бы на один дюйм в длину при тех же градусах тепла; и стержень из свинца площадью один квадратный дюйм и длиной триста пятьдесят дюймов также расширился бы на один дюйм в длину. Следовательно,

Lead expands in volume1/350th. Iron1/800th. Glass1/1000th.

Неравномерное расширение металлов хорошо иллюстрируется экспериментом, разработанным д-ром Тиндалем, уважаемым профессором естественной философии в Королевском институте Великобритании, и организованным следующим образом: длинный стержень из латуни и другой из железа поддерживаются на краях двух кусков дерева, расположенных под углом и опирающихся на стороны каркаса из красного дерева. Металлические стержни касаются только одного конца рамы и находятся в металлическом контакте с куском латуни, вставленным там и образующим часть проводящей цепи, соединенной с вольтовым столбом; когда тепло применяется к обоим стержням, они расширяются неравномерно; латунный стержень расширяется первым и, заполняя крошечное пространство, оставленное между двумя концами рамы, касается другой латунной пластины и мгновенно замыкает вольтову цепь, когда катушка платиновой проволоки воспламеняется, показывая факт расширения; и, во-вторых, разница в силе дилатации, которой обладает каждый, ясно показывается удалением двух угловых деревянных опор, когда железо падает, в то время как латунь остается и все еще замыкает вольтову цепь. (Рис. 344.)

Fig. 344.

a a. Латунный стержень, который расширился от тепла газовой горелки b и, создавая контакт между латунными пластинами в соединении с зажимными винтами c c, вольтова цепь замыкается, и катушка платиновой проволоки в стеклянной трубке d немедленно воспламеняется. Железный стержень в e e не расширился достаточно, что показывается впоследствии удалением угловых деревянных опор k k, когда железо отпадает, а латунь остается на двух выступах каркаса из красного дерева l l l.

Сила, оказываемая расширением твердых тел, огромна и напоминает нам снова об удивительной силе всех невесомых агентов; и поистине удивительно заметить, как вхождение определенного количества тепла в и между частицы металлов или других твердых тел наделяет их механической силой, которая почти непреодолима и способна причинить много вреда. Куссне провел эксперимент с железной сферой, которую он нагрел от температуры 32° по Фаренгейту до 212° по Фаренгейту, и он обнаружил, что расширение шара оказало силу, равную 4000 атмосфер — т.е. 4000 × 15 — на каждый квадратный дюйм поверхности, или давление, равное тридцати миллионам фунтов; вхождение только 180° тепла в железную сферу произвело этот примечательный результат, точно так же, как Фарадей рассчитал, что одна капля воды содержит достаточное количество электричества, чтобы произвести результат, равный самой мощной вспышке молнии, при условии, что электричество количества в капле воды преобразуется в электричество высокого напряжения или интенсивности.

Практические применения этого хорошо известного свойства твердых тел в отношении тепла очень многочисленны; так, железные пулелейки всегда делаются немного больше требуемого размера, чтобы учесть расширение горячего жидкого свинца и сжатие холодного металла. Шины колес и обручи бочек обычно надеваются в горячем состоянии, чтобы последующее сжатие могло плотно связать спицы и ободья или клепки вместе. Если бы не делался допуск на расширение и сжатие железных рельсов на постоянных путях железных дорог, регулярность уровня постоянно разрушалась бы, и положение рельсов, стульев и шпал было бы очень серьезно нарушено; действительно, подсчитано, что железнодорожные рельсы между Лондоном и Манчестером летом на пятьсот футов длиннее, чем зимой.

Стены собора в Арме, как и стены Консерватории искусств и ремесел, были возвращены в почти перпендикулярное положение путем вставки (через противоположные стены) больших железных стержней, которые, будучи попеременно нагретыми, расширенными и плотно завинченными, затем охлажденными и сжатыми, постепенно исправили выпуклость стен или основных опор этих зданий. Принцип этих знаменитых практических экспериментов аккуратно иллюстрируется с помощью железного каркаса со стержнем из железа, пропущенным через обе его стойки и плотно завинченным в горячем состоянии; при охлаждении происходит сжатие, которое показывается простым указателем. (Рис. 345.)

Fig. 345.

Железная рама с c c, стержнем из кованого железа, нагретым путем надевания полукруглого куска железа e e, который сначала доводится до красного каления, и по мере того, как тепло передается стержню из кованого железа c c, он плотно завинчивается гайкой k. g g. Указатель, прикрепленный к железной раме, завинченной в горячем состоянии; плечи сближаются в p и расходятся дальше к h h по мере того, как происходит сжатие при охлаждении стержня c d.

Часто отмечалось, что нет правила без исключения, и это относится в конкретном случае к закону, что «тела расширяются от тепла и сжимаются от холода» — а именно, в случае легкоплавкого металла Розе, который состоит из

Two parts by weight ofbismuth, One part"lead, One part"tin.

Чтобы правильно приготовить сплав, свинец сначала плавят в железном ковше, и к нему добавляют сначала олово, а затем висмут; все это затем хорошо перемешивают деревянным стержнем и отливают в форме стержня.

При помещении в пирометр и нагревании стержень расширяется постепенно, пока не достигнет температуры 111° по Фаренгейту; затем он начинает сжиматься и быстро укорачивается, пока не достигнет 156° по Фаренгейту, когда он достигает максимальной плотности и занимает не больше места, чем занимал бы при точке замерзания воды. Стержень после прохождения 156° снова расширяется и, наконец, плавится при температуре около 201°, что на 11° ниже точки кипения воды. Легкоплавкий металл иногда делают в виде чайных ложек, которые размягчаются и расплавляются при помешивании в чашке горячего чая или миске супа, к большому удивлению и недоумению жертвы практической шутки.

Неравномерное расширение привычно демонстрируется кусочком поджаренного хлеба, который скручивается из-за того, что поверхность, подвергнутая воздействию огня, сжимается быстрее, чем другая; и тот же факт иллюстрируется составными плоскими и тонкими стержнями из железа и латуни, которые зафиксированы и склепаны вместе; при нагревании составной стержень изгибается, потому что железо не расширяется так быстро, как латунь, и, конечно, образует внутреннюю часть кривой, в то время как латунь находится снаружи.

Эксперимент с составным стержнем делается более убедительным и интересным путем организации его с вольтовым столбом и платиновой лампой. Один из проводов от батареи соединен с концом составного стержня, и пока он остается холодным, никакой кривой или арки не образуется, но когда применяется тепло, стержень изгибается вверх и, касаясь другого провода батареи, цепь замыкается, и платиновая лампа немедленно воспламеняется. (Рис. 346.)

Fig. 346.

a b. Составной стержень, покоящийся на двух деревянных блоках. Конец a соединен с одним из проводов от батареи. Цепь замыкается и платиновая лампа d воспламеняется, как только стержень изгибается вверх от тепла спиртовой лампы и касается провода c C, соединенного с противоположным полюсом батареи.

Расширение и сжатие жидкостей от тепла и холода — это также еще одна элементарная истина, которая допускает широкую иллюстрацию и, действительно, знакомит нас с тем самым полезным инструментом, называемым термометром.

Если колба снабжена пробкой, через которую пропущена длинная стеклянная трубка, открытая с обоих концов, а затем тщательно наполнена водой, окрашенной небольшим количеством раствора индиго, так что когда пробка и трубка помещены в горлышко, весь воздух исключен, таким образом конструируется грубый термометр, который, если его поместить в кипящую воду, быстро указывает повышенную температуру подъемом или расширением окрашенной воды внутри колбы. (Рис. 347.)

Fig. 347.

Расширение жидкостей показано в a окрашенной водой, поднимающейся в трубке из колбы, которая полностью заполнена жидкостью и нагрета кипящей водой. b. Расширение воды, нагретой спиртовой лампой, показано подъемом поршня и стержня c c. d представляет реторту, заполненную как a, чтобы показать расширение жидкости от тепла.

Термометр охватывает точно тот же принцип, что уже описан на рис. 347, с той лишь разницей, что трубка имеет гораздо более тонкий канал, а используемая жидкость, будь то спирт или ртуть, кипятится и герметично запечатывается в трубке, так что воздух полностью исключен. Чтобы сделать термометр, выбирается трубка с капиллярным каналом нужной длины; затем ее окунают в стакан, содержащий ртуть, так что трубка заполняется на длину полдюйма этим металлом. Полдюйма тщательно измеряются на шкале, и место, которое ртуть заполняет в трубке, отмечается царапающим алмазом; ртуть затем встряхивается на полдюйма выше и снова отмечается, и это действие продолжается, пока вся трубка не будет разделена на полдюймовые отрезки. Цель этого — исправить любые неровности в диаметре канала стеклянной трубки, потому что если он шире в одной части, чем в другой, пространства, заполненные ртутью, не равны; так как канал обычно конический, тщательное измерение трубки с полдюймом ртути в первом случае дает оператору сразу вид внутренности его трубки и позволяет ему правильно градуировать ее впоследствии. (Рис. 348.)

Fig. 348.

a b. Увеличенный вид канала одной из термометрических трубок, которые изготавливаются путем быстрого вытягивания полой массы горячего стекла, пока оно мягкое и пластичное, следовательно, канал должен быть коническим и больше с одного конца, чем с другого.

Следующим шагом является нагревание одного конца лампой и паяльной трубкой и, пока он горячий, выдувание на нем шарика; если бы эта операция выполнялась ртом, влага из дыхания отложилась бы внутри тонкого канала стеклянной трубки и повредила бы совершенство термометра впоследствии. Чтобы предотвратить любое отложение воды, колба выдувается, пока она раскалена докрасна, воздухом из небольшого каучукового мешка, прикрепленного к другому концу трубки. Оператор теперь отмечает намеченную длину своего термометра, и выше этой точки трубка снова размягчается пламенем и паяльной трубкой, и выдувается вторая колба. (Рис. 349 a.)

Fig. 349a.

a. — № 1. Первая колба. Намеченная длина термометра показана маленьким крестиком. — № 2 — это вторая колба, помещенная выше крестика.

Открытый конец трубки теперь помещается под поверхность чистой, сухой ртути, и при приложении тепла к верхней колбе воздух расширяется и выходит через ртуть, и по мере остывания трубки создается вакуум, в который проходит ртуть. Этим простым методом ртуть легко вгоняется в трубку, так как иначе было бы невозможно «налить» ртуть в капиллярный канал намеченного термометра. (Рис. 349 b.)

Fig. 349b

b. Нагревание и расширение воздуха в верхней колбе, так что при остывании ртуть в стакане A может подняться в трубку и заполнить колбу b.

Трубка теперь вынимается из стакана, содержащего ртуть, и просто переворачивается; но из-за очень узкого диаметра канала воздух не выйдет из первой колбы, пока не будет приложено тепло, когда воздух расширяется, и ртуть, сначала неподвижная во второй колбе, теперь вытеснит воздух и упадет в первую колбу, когда трубка снова остынет.

Шарик № 1 (рис. 349 a) теперь полон ртути, и есть также немного, оставшееся в № 2; в следующем месте трубка поддерживается проволокой и держится над древесным углем, когда она нагревается по всей своей длине, и ртуть, кипя, вытесняет весь воздух, так что внутри колб и капиллярного канала нет ничего, кроме ртути и ее пара. (№ 1, рис. 350.) Открытый конец намеченного термометра теперь временно закрывается сургучом, и все это снова оставляется остывать с запечатанным концом вверх, так что шарик № 2, рис. 350, и трубка над ним полностью заполнены ртутью.

После остывания трубка помещается под углом с запечатанным концом вверх, и, руководствуясь опытом, оператор нагревает нижнюю колбу так, чтобы расширить достаточно ртути в верхнюю, чтобы оставить место для будущего расширения и сжатия ртути в трубке, которая теперь должна быть герметично запечатана. Это делается ловким нагреванием трубки на крестике, пока ртуть в первой колбе все еще расширена; и путем быстрого вытягивания ее с помощью тепла, полученного от лампы и паяльной трубки, вторая колба отделяется от первой на маленьком крестике (b, № 3, рис. 350), и термометрическая трубка наконец должным образом наполнена ртутью и герметично закрыта. (№ 4, рис. 350.)

Fig. 350.

№ 1. Кипящая ртуть в трубке с двумя колбами. — № 2. Трубка остыла, с запечатанным концом вверх. — № 3. Ртуть в первой колбе расширена лампой a, и в нужный момент герметично запечатана пламенем, направляемым паяльной трубкой в b. Верхняя колба и трубка до крестика вытянуты и отделены. — № 4. Термометрическая трубка, содержащая необходимое количество ртути, герметично запечатана и теперь готова к градуировке.

Чтобы получить фиксированную отправную точку, термометрическая трубка помещается в лед с прикрепленной шкалой; температура льда никогда не меняется, она всегда составляет 32 градуса. Когда, следовательно, ртуть опустилась до самой низкой точки, до которой она может опуститься при воздействии этой степени холода, место отмечается на шкале и представляет собой то положение на градуированной шкале, где указана точка замерзания воды.

Трубка помещается в следующем месте в сосуд с кипящей водой, при этом соблюдается осторожность, чтобы вся трубка подвергалась воздействию тепла воды и пара, исходящего из нее, и когда ртуть поднялась до самого высокого положения, достижимого теплом кипящей воды, делается еще одна градуировка, которая указывает 212 градусов — а именно, точку кипения воды. Эта градуировка должна быть сделана, когда барометр стоит на 30 дюймах, потому что точка кипения воды меняется в зависимости от веса давящего на нее вышележащего воздуха.

Между градуировкой точки замерзания и точки кипения воды пространство разделено на 180 частей, которые, добавленные к 32, составляют точку кипения воды в 212 градусов, что является градуировкой Фаренгейта, который был изготовителем инструментов из Гамбурга. Почему он разделил пространство между точкой замерзания и точкой кипения воды, никто, кажется, не знает, если только он не взял полукруг в 180 градусов как лучшее деление пространства. Если термометр содержит воздух, ртуть часто разделяется на две или три тонкие нити, каждая отделена от другой в капиллярном канале, и таким образом инструмент становится бесполезным, пока нити снова не сольются. Если термометр был хорошо сделан и совершенно свободен от воздуха, его можно привязать к веревке и яростно вращать, когда центробежная сила загоняет тонкие нити ртути к их общему источнику — а именно, колбе, содержащей ртуть, и все снова соединяется. Веревка должна быть прикреплена, конечно, к верхней части шкалы термометра.

Во время путешествий по континенту иногда бывает полезно уметь читать показания термометров, градуированных не по Фаренгейту. Во Франции предпочтение отдается шкале Цельсия, а во многих частях Германии — шкале Реомюра. Разница в градуировке видна с первого взгляда.

In theCentigradethe freezing point is0,the boiling point100°. "Reaumur"0,"80°. "Fahrenheit"32°,"212°.

Таким образом, число градусов между точками кипения и замерзания составляет 100 по Цельсию, 80 по Реомюру и 180 (то есть 212-32) по Фаренгейту.

Если обозначить буквами C, R и F число градусов от точки замерзания, на котором находится ртуть в термометрах Цельсия, Реомюра и Фаренгейта соответственно, мы получим следующие пропорции:

(1.) 100: 80 :: C: R, whence C = 5/4 of R, or R = 4/5 of C.

(2.) 180:100 :: F: C, whence F = 9/5 of C, or C = 5/9 of F.

(3.) 180: 80 :: F: R, whence F = 9/4 of R, or R = 4/9 of F.

Следующие примеры покажут, как применять эти формулы:

(1). Предположим, термометр Реомюра показывает 28°. Какую температуру показывает термометр Цельсия? Мы имеем C = 5/4 R (в данном случае), 5/4 от 28 = 35: то есть термометр Цельсия показывает 35°.

(2). Предположим, термометр Фаренгейта показывает 41°. Что покажет термометр Реомюра? R = 4/9 от (41-32) (то есть число градусов выше точки замерзания по Фаренгейту) = 4/9 от 9 = 4. Термометр Реомюра показывает 4°.

(3). Предположим, термометр Фаренгейта показывает 23°. Что покажет термометр Цельсия? C = 5/9 от F = 5/9 от (32-23) = 5/9 от 9 = 5 ниже точки замерзания (или -5°).

(4). Если термометр Фаренгейта показывает 4 ниже 0, что покажет термометр Реомюра? R = 4/9 от F = 4/9 от (32 + 4) = 4/9 от 36 = 16 ниже 0 (или -16°).

Единственная жидкость, обладающая исключительным свойством расширяться при охлаждении, — это вода, и вскоре станет ясно, что эта любопытная аномалия имеет величайшее значение для устройства природы.

Если поместить ящик со смесью льда и соли вокруг верхней части длинного цилиндрического стеклянного сосуда, наполненного водой при температуре 60° по Фаренгейту, сильный холод от охлаждающей смеси, температура которой равна нулю — то есть на 32° ниже точки замерзания воды, — очень быстро снизит температуру воды в сосуде. По мере охлаждения вода сжимается, становится тяжелее и опускается на дно сосуда, а ее место занимает более теплая вода. Эта циркуляция, начинающаяся сверху, продолжается до тех пор, пока вода не достигнет температуры около 40° по Фаренгейту, когда достигается максимальная плотность и циркуляция прекращается. После охлаждения ниже 40° холодная вода становится легче и остается такой до самого замерзания; разумеется, имея меньший удельный вес, чем более теплая вода, она всплывает (как масло на воде) на поверхность. Таким образом, маленький термометр, помещенный на дно сосуда, показывает только 40° по Фаренгейту, в то время как твердый лед, обволакивающий другой термометр, помещенный сверху, может иметь температуру 29° или даже ниже, в зависимости от количества льда и соли, использованных в ящике вокруг верхней части сосуда. (Рис. 351.)

Fig. 351.

a b. Длинный цилиндрический стеклянный сосуд с водой и двумя термометрами; нижний показывает температуру 40°, верхний — 32° или даже ниже. c c c c. Секция ящика со льдом и солью, стоящего на четырех ножках, две из которых показаны в d d.

Важность этой любопытной аномалии невозможно переоценить. Если бы вода не обладала этим редким свойством, все моря, реки, каналы, озера и т. д. постепенно стали бы непроходимыми из-за присутствия огромных глыб льда, образующихся зимой. Весь объем воды в них должен был бы остыть ниже 32°, прежде чем он смог бы затвердеть, при условии, что вода увеличивала бы плотность или продолжала бы сжиматься при охлаждении. После того как лед затвердел бы, тепло солнечных лучей летом, безусловно, растопило бы большую часть льда, но не весь, и зима наступила бы снова до того, как твердые массы исчезли бы. Океан нельзя было бы безопасно бороздить даже вблизи наших берегов из-за огромных айсбергов, которые образовывались бы, плавали и сталкивались друг с другом даже в проливе Ла-Манш.

Земля была чудесным образом подготовлена для величайшего творения Божьего — человека, и ни в чем эта высшая мудрость не проявляется так явно, как в том факте, что вода представляет собой единственное известное исключение из закона, согласно которому «тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении».

Расширение газов при нагревании и сжатие при охлаждении происходят в соответствии с законом, не имеющим исключений, кроме как в степени проявления. Он был открыт в 1801 году г-ном Гей-Люссаком из Парижа, а также примерно в то же время знаменитым английским философом, создавшим атомную теорию, — доктором Дальтоном. После этих экспериментов и расчетов Рудберг, Магнус и Реньо провели другие исследования, и их последовательные эксперименты дали следующие результаты:

Vols. of air.Volumes. Dalton, Gay Lussac1000heated from32° to 212°became 1375 Rudberg1000"""1365 Magnus, Regnault1000"""1366.5

Как естественный результат, воздух при 32° по Фаренгейту расширяется на 1/491 часть своего объема на каждый градус нагрева по шкале Фаренгейта; и объем воздуха, составляющий 491 кубический дюйм при 32°, будет составлять 492 при 33°, 493 при 34° и так далее. Исключение касается только степени, и Магнус с Реньо в своих тщательных экспериментах обнаружили, что газы, легко поддающиеся сжижению, расширяются при нагревании сильнее, чем воздух и те газы (такие как кислород, водород и азот), которые никогда не были сжижены.

Расширение воздуха легко показать, поместив открытый конец трубки с большой колбой на другом конце под поверхность подкрашенной воды; при нагревании воздух расширяется и выходит, а его место при остывании занимает подкрашенная жидкость. Такое устройство представляет собой первый термометр, сконструированный Санкториусом около 1600 года н. э., который, безусловно, мог подойти для грубых измерений, но поскольку подъем и опускание жидкости зависят от объема воздуха, содержащегося в колбе, и поскольку на это влияет каждое изменение высоты барометра, с его помощью нельзя было получить удовлетворительных показаний повышения или понижения температуры, хотя сам прибор интересен с исторической точки зрения, а в модифицированном виде, как воздушный термометр, он использовался сэром Джоном Лесли под названием «дифференциальный термометр» в его тонких и точных экспериментах с теплом.

Fig. 352

a. Оригинальный воздушный термометр Санкториуса; расширение и сжатие воздуха в колбе указывают на повышение или понижение температуры. Пробка служит лишь опорой и не обеспечивает герметичности бутылки. b c. Дифференциальный термометр. Когда обе колбы подвергаются воздействию одинаковой температуры, движения жидкости, показанной в d, не происходит; но если колбу b поместить в место, более теплое, чем положение колбы c, то воздух в b расширяется и вытесняет подкрашенную жидкость, состоящую из кармина, растворенного в купоросном масле, вверх по шкале, прикрепленной к трубке колбы c.

Огненные воздушные шары — хороший пример расширения газов, и легкостью воздуха, увеличивающегося в объеме, воспользовался Монгольфье при создании своего знаменитого шара, который с клеткой, содержащей различных животных, поднялся в присутствии короля и королевской семьи Франции в Версале; и, несмотря на огромные разрывы в двух местах, он поднялся на высоту 1440 футов и, пробыв в воздухе восемь минут, упал на землю на расстоянии 10 200 футов от места старта, не причинив вреда животным. Если учесть, что объем воздуха, нагретого от 32° до 491°, удваивается, а при нагревании до 982° утраивается, сразу станет понятно, какой огромной должна быть подъемная сила таких шаров, при условии, что воздух внутри них поддерживается достаточно горячим.

Тот отважный аэронавт, Пилат де Розье, предложил себя в качестве первого воздушного навигатора; и, объединившись с Монгольфье, они совершили три успешных подъема и спуска на большом овальном шаре диаметром сорок восемь футов и высотой семьдесят четыре фута. В четвертый раз он поднялся на высоту 262 фута, но при спуске порыв ветра отнес аппарат над большими деревьями соседнего сада, положение храброго аэронавта стало крайне опасным, и если бы он не обладал величайшим самообладанием и не придал бы шару немедленно большую подъемную силу, быстро подбросив в свою печь немного соломы и щепы, он мог бы в этом случае встретить тот безвременный конец, который впоследствии, в другом безрассудном аэронавтическом приключении, постиг этого храброго, но опрометчивого француза.

Спускаясь снова, он еще раз, без малейшего страха, поднялся на значительную высоту, подпитывая свой огонь измельченной соломой. Некоторое время спустя он поднялся в компании г-на Жиру де Вилетта на высоту 330 футов, паря над Парижем не менее девяти минут на глазах у всех жителей, причем аппарат все это время держался совершенно устойчиво.

Опасность при использовании этого метода наполнения шара возникает из-за возможности образования газа, который, выходя несгоревшим в оболочку шара, может скопиться и взорваться или воспламениться впоследствии.

Огненные воздушные шары в их обычном исполнении — очень опасные игрушки, и иногда они могут дорого обойтись тому, кто их запускает, из-за того, что их может сдуть ветром на стог сена или зерна или другие горючие вещества. Самый безопасный способ использования огненных шаров — наполнять их горячим воздухом от зажженной газовой печи (например, Весселя); тогда шары можно использовать в больших помещениях или на открытом воздухе, не опасаясь причинить вред соседнему имуществу, поскольку печь и огонь, разумеется, остаются на месте и могут наполнить любое количество воздушных шаров. (Рис. 353.)

Fig. 353.

a b. Газовая печь Весселя с кольцом зажженных газовых горелок внутри; воздух устремляется в направлении стрелок c c и, выходя через верхнюю часть дымохода d d, быстро наполняет воздушный или огненный шар, который обычно делают из бумаги.

После всей суеты вокруг новизны американского двигателя на горячем воздухе довольно забавно оглянуться на записи гражданского строительства и в «Трудах Института инженеров-строителей» прочитать отчет г-на Джеймса Стирлинга о его усовершенствованном воздушном двигателе, в котором успешно применено значительное расширение воздуха, упомянутое на стр. 365. Двигатель был построен около 1843 года, и принцип, открытый тридцатью годами ранее г-ном Р. Стирлингом, будет понятен при обращении к рисунку. (Рис. 354.)

Fig. 354.

Воздушный двигатель Стирлинга.

Два прочных герметичных сосуда соединены с противоположными концами цилиндра, в котором обычным образом работает поршень. Около четырех пятых внутреннего пространства в этих сосудах занимают два похожих герметичных сосуда или плунжера, которые подвешены к противоположным концам коромысла и могут попеременно перемещаться вверх и вниз на величину оставшейся пятой части. Благодаря движению этих внутренних сосудов, заполненных непроводящими веществами, воздух, с которым производятся манипуляции, перемещается из одного конца внешнего сосуда в другой, и так как один конец поддерживается при высокой температуре, а другой — как можно более холодным, при попадании воздуха в горячий конец он нагревается, и его давление увеличивается; а когда он попадает в холодный конец, его тепло и давление уменьшаются. Теперь, поскольку внутренние сосуды неизбежно движутся в противоположных направлениях, следует, что давление заключенного воздуха в одном сосуде увеличивается, в то время как в другом — уменьшается. Таким образом, на противоположных сторонах поршня создается разница давлений, благодаря чему он перемещается из одного конца цилиндра в другой, и за счет постоянного изменения направления движения подвешенных тел или плунжеров большее давление последовательно оказывается на разные стороны, и поддерживается возвратно-поступательное движение поршня. Поршень соединен с маховиком любым из обычных способов; а плунжеры, движением которых воздух нагревается и охлаждается, перемещаются таким же образом и почти в то же относительное время, что и клапаны парового двигателя.

Давление значительно увеличивается и становится более экономичным при использовании несколько более сжатого воздуха, который сначала вводится, а затем поддерживается постоянным действием воздушного насоса. Насос также используется для заполнения отдельного резервуара сжатым воздухом, из которого двигатель может быть немедленно заряжен до рабочего давления. Главное усовершенствование г-на Стирлинга заключается в сохранении всего или почти всего тепла расширенного воздуха после того, как он совершил свою работу, путем пропускания его от горячего к холодному концу воздушного сосуда через множество узких проходов, температура которых в начале трубок почти так же велика, как температура горячего воздуха, но постепенно снижается, пока не становится почти такой же низкой, как в самой холодной части воздушного сосуда. Таким образом, тепло удерживается этими проходами, так что, когда механизм меняет направление, холодный воздух возвращается через эти горячие трубы и к тому времени, когда он достигает нагревательного сосуда, становится достаточно горячим, чтобы совершить свою работу. Таким образом, вместо того чтобы при каждом ходе двигателя подавать столько тепла, сколько было бы достаточно для нагрева воздуха от его самой низкой до самой высокой температуры, необходимо подавать только столько, сколько нагреет его на то же количество градусов, на которое самая горячая часть воздушного сосуда превышает самую горячую часть промежуточных проходов. Эту часть двигателя можно назвать экономическим процессом, и она представляет собой основу всего успеха, которого он достиг в производстве энергии при малых затратах топлива. Поскольку котел не требуется, опасность взрывов, конечно, значительно уменьшается. Чем выше давление, при котором работал двигатель, тем больший эффект производился. Небольшой двигатель, работающий по этому принципу, эксплуатировался при давлении 360 фунтов на квадратный дюйм; и, пожалуй, лучшее популярное представление о новизне этого устройства — то, которое предложил г-н Джордж Лоу, сравнивший экономическую часть машины с «респиратором Джеффри», используемым чахоточными больными. Тепло от выдыхаемого воздуха удерживается пластинками и снова используется при вдохе холодного воздуха в легкие. Г-н Стирлинг заявляет, что расход топлива по сравнению с паровым двигателем, который был заменен воздушным, составлял 6 к 26; тот же объем работы теперь выполняется примерно шестью центнерами угля, на что раньше требовалось около двадцати шести центнеров, хотя ему следовало бы уточнить, что замененный паровой двигатель был не лучшей конструкции, и котел не имел плотного покрытия. (Рис. 354.)

Теплопроводность.

Это свойство тепла по отношению к материи и рассмотрение любопытного способа, которым оно, так сказать, просачивается сквозь твердые вещества, сразу наводит вдумчивый ум на смелый вопрос: что такое тепло? Следует ли рассматривать его как нечто реальное или материальное? Или его нужно считать лишь свойством или состоянием материи? Эти вопросы нелегко решить, и они требуют значительного количества экспериментов и рассуждений, чтобы даже оценить их смысл.

Если поместить раскаленный докрасна шар в фокус вогнутого металлического зеркала, он испускает определенные эманации, которые совершенно невидимы, но отражаются от поверхности зеркала так же, как видимые лучи света, и могут быть собраны в фокусе другого, второго вогнутого зеркала, где их можно сконцентрировать на кусочке фосфора, что вызовет горение этого вещества. Если с помощью мехов с силой дуть воздухом поперек лучей тепла, когда они концентрируются на фосфоре, лучи не отклоняются от своего курса, их нельзя сдуть, как солнечный луч, пробивающийся сквозь отверстие в облаке в штормовой, ветреный день. Следовательно, тепло не имеет ничего общего с воздухом и при прохождении от одного зеркала к другому полностью независимо от этой среды. Такой эксперимент, как описанный, сразу наводит на мысль, что тепло — это материя sui generis, составная часть всех тел, испускаемая раскаленной материей, солнцем и т. д., и что оно может распространяться в пространстве почти так же, как свет. (Рис. 355.) Механизм может быть очень похож на корпускулярное движение света, как определил сэр Исаак Ньютон, что уже объяснялось в другой части этой книги. Отсюда предполагалось, что тепло распространяется через воздух, воду и твердые вещества путем прямого испускания материальных частиц от теплоизлучающего агента и что эти молекулы тепла прокладывают себе путь в них, вдоль них или сквозь них, в зависимости от обстоятельств.

Fig. 355.

Тепло, отраженное зеркалом, но не сдуваемое воздухом из мехов.

Некоторые тела почти прозрачны для тепловых лучей, например воздух, в то время как другие занимают промежуточное положение и задерживают лишь определенное количество тепловых молекул, например горный хрусталь, зеркальное стекло и квасцы. Третий класс тел обильно поглощает тепло, например древесный уголь, черная ткань и т. д.; а четвертый, будучи отполированным и установленным под нужным углом, отражает или отбрасывает тепло, как в случае с полированными зеркалами. Прозрачность или непрозрачность веществ (в том, что касается света) не влияет на передачу тепла. Свет любого цвета и из всех источников одинаково передается всеми прозрачными телами в жидкой или твердой форме, но с теплом дело обстоит иначе.

Тепловые лучи, испускаемые солнцем и другими светящимися телами, обладают свойствами, совершенно отличными от лучей света, которыми они сопровождаются. Из этих утверждений станет очевидно, что материальная теория тепла окружена трудностями и аномалиями, которые невозможно примирить друг с другом или аккуратно адаптировать, подогнать и состыковать со всеми возникающими загадочными явлениями. Нашим знаниям о теории тепла значительно помогли исследования Меллони, который доказал, что разные виды тепловых лучей испускаются одним и тем же телом при разных температурах, и их можно отчетливо отсеивать и отделять друг от друга. Задолго до экспериментов Меллони философы пытались взвесить тепло; ряды самых тонких рычагов подвергались безрезультатному воздействию тепловых лучей; и все попытки, как экспериментальные, так и теоретические, определить тепло с помощью материальной теории являются несовершенными, грубыми и неудовлетворительными. Мы вынуждены принять другую теорию, и та, которая пользуется наибольшим признанием как предлагающая лучшее определение тепла, — это динамическая теория, которая более или менее аналогична волновой теории света. На страницах 262, 328, 335 эта теория была частично объяснена, и при повторном упоминании о ней нужно проявлять большую осторожность, чтобы не перепутать колебания тепла с колебаниями света. Солнце и звезды плавают в молекулярной среде, и для возникновения ощущения красного света в одном дюйме должно произойти 39 180 вибраций или волн, а для возникновения фиолетового света — 57 490 колебаний на пространстве в один дюйм. Как вибрации эфирных молекул воздействуют на глаз, так и в нашем теле могут быть другие нервы, которые особенно чувствительны к волнам тепла. Для возникновения слышимого звука требуется восемь колебаний воздуха в секунду; в то время как если количество колебаний воздуха достигает 25 000 в секунду, они не могут быть восприняты человеческим ухом, хотя можно предположить, что уши некоторых животных могут быть настолько восприимчивы к быстрым вибрациям, что они способны, для определенных мудрых целей Творца, воспринимать звуки, которые не слышны человеческим ушам.

Меллони демонстрировал спектр ряду людей и обнаружил, что для некоторых глаз свет был более заметен, чем для других. Любек надел на осла алую попону и обнаружил, что многие зрители часто путали их между собой. Эти факты указывают на то, что могут существовать вибрации молекул, которые вызывают ощущение тепла, но не воздействуют на нервы, чувствительные к действию световых волн, и наоборот; и также вероятно, что все эти различные колебания, некоторые из которых дают тепло, а некоторые — свет, могут генерироваться и распространяться в пространстве, как от солнца; или на более короткие расстояния, как от горящих ламп и огней, никоим образом не мешая и не препятствуя продвижению друг друга.

Динамическая теория, по-видимому, предлагает лучшую идею передачи тепла, которое переносится, проводится или распространяется через твердые тела с переменной скоростью либо путем вибрации составляющих молекул самого тела, либо путем колебания редкой тонкой жидкости, которая их пронизывает. Если медная и железная проволоки одинаковой длины и диаметра связаны вместе и нагреты в точке соединения, волны тепла распространяются быстрее через медь, чем через железо, и первая считается лучшим проводником тепла; и сам факт демонстрируется путем помещения кусочка фосфора на конец каждой металлической проволоки, и эксперимент покажет, что горючее вещество плавится первым и загорается на меди, и что проходит значительный промежуток времени, прежде чем фосфор воспламенится на железе.

Fig. 356.

c. Медная проволока, связанная в a с i, железной проволокой. После того как тепло лампы воздействовало около пяти минут, тепло доходит сначала до c и воспламеняет помещенный там кусочек фосфора. По прошествии некоторого времени фосфор в i также воспламеняется.

Тот же факт демонстрируется наиболее поразительным образом путем вставки ряда стержней равной длины и толщины в боковую сторону прямоугольного ящика, позволяя им пройти через внутреннее пространство к противоположной стороне. Стержни состоят из дерева, фарфора, стекла, свинца, железа, цинка, меди и серебра, и к каждому из их концов с помощью воска или сала прикреплен глиняный шарик. Когда вода, помещенная в ящик, начинает кипеть, тепло проходит вдоль различных стержней и, расплавляя воск или сало, позволяет шарику упасть. Следовательно, первый шарик упал бы с серебряного стержня, следующий — с медного, третий — с железного, четвертый — с цинкового, пятый — со свинцового, в то время как фарфоровые, стеклянные и деревянные стержни едва ли провели бы (за несколько часов) достаточно тепла, чтобы расплавить воск или сало и сбросить шарики.

Теплопроводность металлов.

Gold1000 Silver973 Copper898.2 Iron374.3 Zinc363 Lead179.6

Эксперимент становится более эффектным, если позволить шарикам падать на рычаг, соединенный со стопором часового будильника, который звонит каждый раз, когда шарик падает с одного из стержней. (Рис. 357.)

Fig. 357.

a b. Ванна с кипящей водой, нагреваемая газовыми горелками снизу. c. Восемь стержней с прикрепленными шариками, один из которых упал. d. Лоток для приема шариков.

В холодный морозный день, если прикоснуться рукой к различным веществам, некоторые кажутся холоднее других, хотя все они могут иметь совершенно одинаковую температуру; это обстоятельство обусловлено их теплопроводностью: кусок сланца кажется холоднее кусочка мела, потому что первый является гораздо лучшим проводником, чем второй, и отводит тепло от тела с большей скоростью, рассеивая его по всему своему объему.

Постепенное прохождение тепла вдоль железного стержня по сравнению с медным хорошо иллюстрируется путем опоры концов двух стержней на верхнюю часть дымохода лампы Арганда, в то время как другие концы удерживаются в горизонтальном положении маленькими деревянными брусками. Если шарики прикреплены воском к нижней стороне, они отпадают по мере того, как тепло распространяется вдоль металлических стержней, причем быстрее с медного, чем с железного, потому что первый является лучшим проводником тепла, чем второй. (Рис. 358.)

Fig. 358.

a. Секция газовой лампы Арганда с медным дымоходом, поддерживающим концы медного и железного стержней, отмеченных c и i. Шарики упали с c, медного стержня.

Из экспериментов Майера из Эрлангена («Ann. de Ch.», xxx.) следует, что теплопроводность различных пород дерева в определенной степени следует рассматривать как обратно пропорциональную их удельному весу — то есть чем выше плотность дерева, тем меньше теплопроводность, и наоборот.

Если цилиндрический стержень или толстую трубку из латуни длиной шесть дюймов и диаметром около двух дюймов прикрепить к деревянному цилиндру того же размера, теплопроводность двух веществ хорошо демонстрируется путем натягивания листа белой бумаги на латунь, а затем удерживания его в пламени спиртовой лампы. Тепло, быстро отводимое металлом, не опалит бумагу, пока все не достигнет равномерной высокой температуры; тогда как бумага быстро сгорает, будучи натянутой на деревянный цилиндр, потому что тепло пламени лампы концентрируется в одной точке и не рассеивается по массе дерева. (Рис. 359.)

Fig. 359.

Цилиндр, наполовину латунный и наполовину деревянный. Бумага, натянутая на дерево, загорается. Другой конец, заштрихованный, — это латунная часть.

В ходе глубоко философских экспериментов сэра Г. Дэви, которые постепенно привели его к открытию конструкции безопасной лампы, он соединил медной трубкой малого диаметра два сосуда, каждый из которых содержал взрывоопасную смесь, состоящую из рудничного газа и воздуха. Когда смесь воспламенялась в одном сосуде, он обнаружил, что пламя, по-видимому, не способно пройти, так сказать, через мост — то есть медную трубку — и передаться в другой резервуар, потому что оно лишалось тепла при прохождении через трубку и было уже не пламенем, а просто газообразным веществом при слишком низкой температуре, чтобы вызвать воспламенение смеси во втором ящике.

Масса холодного металла может быть внезапно приложена к небольшому пламени, такому как пламя ночника, и, быстро лишая его тепла (как в случае с несчастным русским, описанным на странице 354), оно почти немедленно гаснет (рис. 360), не из-за простого исключения кислорода воздуха, а из-за отвода тепла, необходимого для поддержания горения.

Fig. 360.

a. Маленькое пламя от ночника. b c. Большая масса холодной медной проволоки, открытая с обоих концов, чтобы поместить ее над пламенем и погасить его путем отвода тепла.

Сэр Г. Дэви сначала подумал сделать свою безопасную лампу с маленькими трубками, которые поставляли бы свежий воздух и отводили сгоревший или испорченный воздух, в то же время они должны были быть настолько узкими, чтобы никакое пламя не могло выйти из его лампы и сообщиться с внешней взрывоопасной атмосферой; и, говоря о своей лампе с трубками, он говорит: «Я вскоре обнаружил, что несколько отверстий, даже очень малого диаметра, небезопасны, если их стороны не очень глубоки; что одна трубка диаметром 1/28 дюйма и длиной два дюйма пропускала взрыв через себя; и что большое количество маленьких трубок или отверстий останавливало взрыв, даже когда глубина их сторон была равна их диаметрам. И наконец, я пришел к выводу, что металлическая ткань, какой бы тонкой и мелкой она ни была, в которой отверстия занимали больше места, чем охлаждающая поверхность, так что она была проницаема для воздуха и света, предлагала идеальный барьер для взрыва, поскольку сила распределялась между огромным количеством поверхностей, а тепло передавалось им. Я предпринял несколько попыток сконструировать безопасные лампы, которые давали бы свет во всех взрывоопасных смесях рудничного газа, и после сложных комбинаций я наконец пришел к одной, очевидно, самой простой: окружить свет полностью проволочной сеткой и сделать так, чтобы эта же ткань питала пламя воздухом и излучала свет».