НЕВИДИМО ТОПЛОПРЕДАВАНЕ
Открихме, че ледът, когато се топи, абсорбира огромно количество топлина. Същото количество топлина се отделя от водата, когато замръзне. Ако водата имаше ниска топлина на топене, тогава нашите реки, езера и морета вероятно щяха да замръзнат след първата слана.
И така, към големия топлинен капацитет на водата беше добавена още една забележителна характеристика - голяма топлина на топене.
Следващата особеност на водата, която не можем да пренебрегнем поради изключителното й значение, е преходът на течната вода в пара. Нека продължим опита, който започнахме със сняг (стр. 26). След като целият сняг се превърне във вода, ще сложим чашата си на горещия котлон и ще гледаме термометъра. Водата ще започне да се нагрява и живакът на термометъра ще пълзи нагоре. Парата се отделя от равна спокойна повърхност на водата. Тя е невидима, но е лесна за откриване, ако донесете относително студен предмет, като огледало, на повърхността на водата: парата ще се охлади и ще се сгъсти в малки капчици, които замъгляват повърхността на огледалото. Същото се случва с гореща пара, излизаща от дупка в капака на чайника, когато водата заври. Парната струя близо до самата дупка е гореща и невидима, но на известно разстояние от дупката парата вече е имала време да се охлади от въздуха и можем ясно да видим струята мъгла.
Когато термометърът покаже 100 градуса, водата ще заври. Отначало главно по стените на съда, а след това по цялата маса на водата се образуват малки парни мехурчета, които бързо нарастват по обем и като по-леки изплуват нагоре. Когато мехурчетата пара започнат силно да смесват водата, казваме: водата ври в извор.
Докато цялата вода не изври, живакът в термометъра няма да помръдне.
Необходими са 538 калории, за да превърнете един грам вода в пара при 100 градуса. Тази енергия, предадена на водата вформа на топлина се нарича топлина на изпарение.
За какво са похарчени тези 538 калории?
Представете си такова преживяване. Тръба с дължина около двадесет метра, затворена в единия край, се пълни с вода с температура 100 градуса до ниво 1 сантиметър. Нека си представим, че на повърхността на водата лежи безтегловно бутало, което се движи в тръба без триене и изобщо не пропуска пара. Започваме да загряваме водата, докато се изпари; при това ще абсорбира 538 калории топлина. Когато изпарението приключи, буталото ще се издигне на повече от 16,5 метра! Това означава, че по време на прехода на течна вода към пара нейният обем се е увеличил 1650 пъти (по-точно 1653 пъти). Но за да се разшири тялото, трябва да си извоюва място, да преодолее въздушното налягане. Това изисква известно количество работа, така наречената разширителна работа. С изпаряването на един грам вода тази работа, изразена в топлинни единици, ще бъде около 43 калории.
Но знаем, че топлината на изпаряване на водата е 538 калории. Къде отиват останалите 495 калории? Те са необходими за разделяне на молекули, свързани заедно в течна вода, в отделни свободно движещи се молекули на пара. Това още веднъж показва, че в течната вода молекулите образуват някакви здрави структури - трябва да се изразходва значителна енергия за тяхното унищожаване.
Консумацията на топлина за образуване на пара от вода е лесно осезаема. Намокрете ръката си и я размахайте във въздуха – ще ви стане хладно. След плуване стоенето мокро на брега и дори с вятъра е неприятно; опитваме се да се подсушаваме по-бързо с кърпа, за да не се изпарява влагата от тялото ни и да не отнема хиляди калории от него.
Ръка, навлажнена със спирт или етер, усеща особено остър студ. Въпреки че и алкохолът, и етерът иматсравнително малка - топлината на изпарение, но точките на кипене на тези течности са ниски: алкохолът има 78,3 градуса, а етерът има 35,6 градуса. Следователно алкохолът и етерът се изпаряват многократно по-бързо от водата.
Трябва да се отбележи, че водата се изпарява при всяка температура. Оставете малко вода в чиния в стаята - цялата може да се изпари за един ден. Не само водата се изпарява, но и снегът и ледът, и то дори при температури доста под нула градуса. В крайна сметка дрехите се сушат на студено. Вярно, че съхне по-бавно от лятото. Колкото по-висока е температурата, толкова по-бързо се изпарява водата.
Нека сега сравним топлината на изпаряване на различни вещества. За да превърнете един грам живак в пара, трябва да похарчите 68 калории; специфичната топлина на изпаряване на алкохола е приблизително 200 калории, етера - 90, бензена - 94, терпентина - 70 и т.н. Виждаме, че и тук водата стои отделно от другите течности.
Когато парата премине във водата, топлината от изпарението се освобождава напълно и може да се използва. Тези, които работят или са посещавали фабрики и фабрики, знаят колко широко се използва пара за отопление. В някои фабрики парните тръби образуват толкова сложна мрежа, че само човек, който добре познава това производство, може да я разбере. Стотици парни нагреватели с различни конструкции играят важна роля в цялостния процес.
Фигура 6 показва две от най-простите инсталации за нагряване на течности: едната със серпентина, другата с парна "риза". Парата, измивайки студените стени, им дава топлината на изпаряване, а самата се превръща във вода - кондензат.
Изпарението на водата е от голямо значение в природата. Както вече споменахме, около 400 хиляди кубически километра вода годишно се изпаряват от цялата повърхност на земното кълбо. За изпаряването на тази вода,огромно количество слънчева топлина. За да получите толкова много топлина, трябва да изгорите десет милиарда тона въглища!
Представете си, че някъде близо до екватора водата се е изпарила от повърхността на океана. Получените изпарения заедно с въздуха се носят над повърхността на Земята и достигат например до средни ширини, където вече не е толкова топло. При тези условия парата ще започне да се кондензира, тоест ще се превърне във вода и ще освободи топлината от изпарението, съхранявана на юг, загрявайки преди всичко въздуха, а чрез него почвата и всички околни предмети. Помислете за количеството топлина, което водната пара пренася от един
Местоположението на земното кълбо към друго не е възможно; във всеки случай, за да се транспортира съответното количество гориво, вероятно ще са необходими такъв брой превозни средства, с които човечеството все още не разполага.
Водните пари и облаците, винаги присъстващи в нашата атмосфера, играят друга роля. До голяма степен, поглъщайки топлинните лъчи, идващи от повърхността на Земята в световното пространство, те покриват Земята сякаш с одеяло, предотвратявайки интензивното разсейване на топлината.От друга страна, водните пари и облаците предпазват Земята от прекомерно прегряване от Слънцето.