Всем известно, что при любом механическом движении возникает трение и выделяется теплота.

Сам факт выделения теплоты при трении был известен людям с незапамятных времен, но корректного объяснения этого явления нет и до сих пор [5] (Список литературы в конце данной главы).

Теплота – мера энергии, переходящей от одного тела к другому в процессе теплопередачи. В системе СИ единицей измерения теплоты является Джоуль.

Существуют три основных вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен. При трении теплота не переносится, она генерируется и трансформируется.

Из основ физики известно, что энергия может преобразовываться из одной формы в другую и такие преобразования постоянно происходят в природе и технике. Более ста лет назад Джеймс Прескотт Джоуль с помощью калориметра доказал превращение механической энергии в тепловую. В его приборе опускающиеся и поднимающиеся грузы вращали вал с лопастями в заполненном водой калориметре. В результате проделанной работы вода нагревалась. Для измерения температуры Джоуль изготовил специальный термометр, который позволил ему провести точные измерения и определить эквивалент калории теплоты, она оказалась равной 4,186 Дж механической работы. В дальнейшем похожее устройство было применено для определения теплового эквивалента электрической энергии.

Все мы прекрасно осведомлены о том, что при трении или ударе выделяется теплота. Теплота, возникающая без нагрева, теплота как следствие проделанной работы. А как она появляется, образуется, откуда она вообще берется?

Когда на смену лошадям пришли машины, то проблема отвода тепла, а особенно его уменьшения в трущихся парах, стала особенно актуальной.

Первое начало термодинамики не позволяет создание  машины с коэффициентом полезного действия равным 100%, не говоря уже о более высоком КПД. Подобный «вечный двигатель» (perpetuum mobile) мог бы сколь угодно долго отдавать больше энергии, чем сам потребляет. Создать пресловутый вечный двигатель человечеству так и не удалось из-за трения, которое каким-то непонятным образом превращалось в теплоту.

Появилась даже специальная наука – трибология, занимающаяся вопросами трения, которая выясняет, сколько же зря теряется энергии в любой установке на потери трения. Трибологию, прежде всего, интересует, как уменьшить потери на трение, как уменьшить теплоту, при этом выделившуюся, а как происходит преобразование механической работу в теплоту – это для нее не столь важно.

Современная физика трактует понятие теплоты как энергии,  выделившейся в процессе движения и столкновения атомов и молекул в веществе. Такого же понятия в физике придерживаются и при появлении теплоты в узлах трения, деформации и изгибе.

«Молекулы трущихся поверхностей, соударяясь друг с другом, начинают двигаться более интенсивно, и температура поверхностей повышается. По той же причине нагревается кусок железа, когда по нему бьют молотом».

Но так ли это на самом деле? Сколько бы мы не колотили молотом по головам молекул, они так и не скажут, почему выделяют тепло. А может они при этом еще кричат от боли и потеют? Нужно разбираться.

В данной главе будут исследованы процессы возникновения теплоты, связанные с ударом, деформацией и трением.

Назад  На Главную  Вперед