Количество теплоты

Физический словарик

Калориметр (от лат. calor - тепло, жар и греч. metreo - измеряю) - прибор для определения количества теплоты в исследуемом процессе.

Историческая справка

Важнейшим этапом в развитии учения о тепловых явлениях было установление различия между понятиями «количество теплоты» и «температура». Путаница в использовании этих понятий мешала как правильному описанию тепловых процессов, так и уяснению достоинств и недостатков выдвигавшихся теорий теплоты. Первым, кто отчетливо сформулировал мысль о необходимости различать две характеристики тепловых явлений - экстенсивную (теплоту) и интенсивную (температуру), - был английский ученый Дж. Блэк.

Джозеф Блэк родился 16 апреля 1728 г. во французском городе Бордо. Научные исследования он начал вести в Глазго, когда выполнял обязанности ассистента Каллена. Начало исследований Блэка по теплоте относится к 1760 г. Его первые опыты были поставлены с целью проверки линейности шкал термометров. Эти эксперименты привели ученого к мысли о различии двух характеристик тепловых процессов: теплоты и температуры. Интересно, что сначала Блэк пришел к выводу о существовании скрытых теплот и лишь затем сформулировал идею об удельной теплоемкости как характеристике вещества.

Работы Блэка по теплоте имели практическое значение: его советами пользовался при усовершенствовании паровой машины Дж. Уатт, работавший механиком в университете Глазго.

Интересные факты (Я. И. Перельман)

1. Часто спрашивают, что требует больше времени: нагревание воды на примусе от 10 до 20 °С или от 90 до 100 °С?

Следя за ходом нагревания с часами в руках, легко убедиться, что нагревание воды на последние десять градусов длится всегда дольше, чем на первые десять градусов; и это несмотря на то, что количество нагреваемой воды постепенно уменьшается вследствие испарения. Объясняется загадка так: тепло, выделяемое пламенем, расходуется не только на усиленное испарение воды, но и на потери тепла водою вследствие излучения. При высоких температурах (90-100 °С) вода излучает больше энергии, чем при низких (10-20 °С). Поэтому, несмотря на равномерное подведение тепла к воде, температура ее повышается тем медленнее, чем сильнее вода нагрелась.

2. Почему нельзя расплавить гвоздь в пламени свечи? «Потому что пламя свечи недостаточно горячо для этого», - отвечают обыкновенно. Но температура пламени свечи около 1 600 °С, т. е. на сотню градусов выше температуры плавления железа. Значит, пламя свечи достаточно горячо, и все же железо не удается таким пламенем довести до расплавления.

Причина в том, что одновременно с получением тепла от пламени гвоздь теряет тепло путем излучения. Чем выше поднимается температура нагреваемого предмета, тем сильнее и излучение: потеря тепла растет; наступает наконец момент, когда потеря и приход тепла уравновешиваются, - дальнейшее повышение температуры прекращается.

Если бы гвоздь целиком умещался в пламени свечи, точнее, в самой горячей его части, то наивысшая температура гвоздя при нагревании равнялась бы температуре пламени; тогда гвоздь расплавился бы. Но так как обычно в пламени помещается только часть гвоздя и выступающие части беспрепятственно излучают тепло, то равенство притока и потери тепла наступает значительно раньше, чем гвоздь нагреется до температуры свечи и даже до температуры плавления железа.

Значит, гвоздь не нагревается в пламени свечи до температуры плавления не оттого, что пламя недостаточно горячо, а оттого, что оно недостаточно велико, не окружает гвоздь со всех сторон.