Теплота

 

Знаменитый физический эксперимент с металлическим шариком. В холодном состоянии шарик свободно проходит через металлическое кольцо, но после нагрева, он, по понятным, как нам кажется, причинам, расширяется и застревает в кольце. Подведенная теплота повысила температуру шарика и увеличила его объем, который мы с легкостью можем измерить, а как быть с массой и весом его? По логике они тоже должны возрасти?

Масса и вес, в эпоху полетов в космос, я думаю, всем понятно, что это совершенно разные понятия.  Сразу представляется человек-космонавт, на Земле он имеет определенный объем и форму, и конечно вес. А в космосе, в условиях невесомости, вес его равен нулю, тогда что в нем остается? Очевидно та самая масса, заключенная в объеме его тела.

Вернемся к вышеуказанному шарику. Подвод теплоты увеличил его линейные размеры т.е. объем. Какие-то силы включились в работу и с легкостью растянули металлический шарик. Такая физическая трансформация является для нас закономерной и не вызывает удивления, т.к. с ней мы постоянно сталкиваемся в быту и на производстве.  Эта сила возникает всегда при любом нагревании любого вещества или тела, чему тут удивляться. Но что это за сила? О ней мы поговорим в 3-й главе «Гравитация», а сейчас зададимся еще одним вопросом: возможно ли взвесить теплоту? Или это невесомая субстанция?

Весовыми измерениями в свое время занималось много исследователей.

Как-никак теплота – это все-таки физическая категория, а не какая-то там загадочная людская душа, которую ученые умудрились взвесить.

Душа человека – материальна?

 

Чужая душа – потемки, а собственная – полнейшая тьма.

Первый подход к человеческой душе теоретически сделал германский анатом и физиолог Рудольф Вагнер, высказавшись публично на физиологическом конгрессе в Геттингене в 1854 году, с догадкой о существовании некой «субстанции души». Идею немца через пятьдесят лет в начале 20-го века подхватил американский доктор Дункан Макдугалл, который поставил серию тестов по прямому взвешиванию души умирающего человека.

Логика рассуждений ученого была проста и прагматична. Он взял самые точные весы того времени, поставил на них легкий деревянный каркас, а на него водрузил предсмертно больного человека. Оставалось только непрерывно следить за пульсом больного и за показаниями весов. И весы не подвели ожидания экспериментатора, стрелка слегка качнулась вниз вслед за ушедшим в мир иной.

Макдугалл провел еще несколько таких взвешиваний, и результат всякий раз подтверждался. Посмертная потеря веса в его измерениях составила от 15 до 35 г. А вот на собаках и мышах был получен отрицательный результат, что косвенно говорило о существовании той самой загадочной души только у человека.

Спустя век экспериментаторы подтвердили выводы Макдугалла. По некоторым данным душа полегчала и стала весить около 9 г.

Доктор естественных наук Э. Кучис, ученый физик из США, высказался так: «Я обнаружил душу человека, и утверждаю: душа есть у каждого человека. Душа - это сгусток слабых энергий, так называемое астральное тело, способное весьма сильно воздействовать на тело физическое и даже на материальные предметы. Бывает, что душа покидает тело еще при жизни, и тогда человек теряет разум» [13].

С помощью современных электронных весов ученый взвесил душу человека и считает, что, у каждого человека душа весит по-разному, у одних - 7 граммов, у других - 5 граммов, у третьих - 3 грамма.

Самое интересное, что чем свежее данные, тем душа становится легче. Если так дело пойдет и дальше, то душа скоро приобретет свою первоначальную невесомость.

Я не отношу себя к знатоку человеческих душ, мне бы с теплотой разобраться, поэтому, с загадочной душой закончим, тем не менее, сделаю небольшое резюме.

Полагаю, что дело совсем не в загадочной человеческой душе. Падение веса после прекращения биения сердца связано с потерей энергии. Не душа отлетает в вечность, а отлетает энергия с помощью электромагнитного излучения. Заметьте, чем совершеннее измерительная техника, тем душа становится легче и имеет разные показания у разных людей. С одной стороны погрешность прибора, с другой – температура окружающей среды и теплоизоляция пациента. Если эксперимент проводить при более низкой температуре, то отлетевшая душа должна весить больше, т.к. отлетевшей энергии будет больше.

У нас задача более осязаемая, ощущаемая – теплота и температура, можно ли взвесить теплоту, или она действительно невесома?

Сколько весит теплота?

 

Джоуль и другие физики 19 века путем остроумных опытов и рассуждений опровергли «калорическую» теорию, доказав, что теплота невесома. Теплота сама по себе не является веществом – это всего лишь энергия движения его атомов или молекул. Именно такого понимания теплоты придерживается современная физика.

Теплота и температура.

Порассуждаем. Весома ли вообще теплота? Если да, то, сколько она весит? Возможно, ли вообще ее взвесить?

Одним из первых попытался это сделать, уже отличившийся по кипячению воды с помощью тупого сверла, граф Румфорд (Томсон).

Граф мыслил логически и решил, что если смешать дистиллированную воду со спиртом, а потом эту смесь заморозить, то часть теплоты покинет эту смесь и должна возникнуть разница при взвешивании. При комнатной температуре, на прецизионных весах были тщательно уравновешены сосуды с дистиллированной водой и разведенным винным спиртом. Затем один из сосудов был заморожен, а затем возвращен на прежнее место. Весы остались в равновесии.

Румфорд повторил опыты, но уже с другим веществом. Вместо спирта он взял ртуть, снова заморозил воду и тщательно взвесил – его весы снова оставались в равновесии. После чего он сделал заключение, что теплота невесома.

Этими опытами экспериментатор, как утверждает физика, «выкопал яму для похорон теории теплорода», имевшую весомость в 18 веке. При ее «весомости», вес имел и теплород – как некая материальная субстанция.

В позапрошлом и прошлом веке взвесить теплоту пытался не только граф Румфорд, но и другие исследователи стремились выяснить субстанциональность теплоты. У одних весы показывали положительный вес, у других – отрицательный. Поэтому, к единому мнению не пришли из-за неоднозначности показаний и оставили решение данной задачи потомкам.

Поскольку по Томсону, у теплоты нет веса, а значит, нет и субстанции. На том и порешили. Но так ли это на самом деле? Может теплота все-таки чего-то весит или, наоборот, имеет отрицательный вес.

В спор практиков до определенного времени теоретики не вмешивались. Но с появлением знаменитой формулы E_о = mc², к открытию которой приложилось много ученых,  теоретики заявили, что с увеличением энергии масса должна увеличиваться. Понимание об изменяющейся массе, зависящей от скорости, и об имеющейся связи между массой и энергией, начало формироваться ещё за долго до появления теории относительности. Попытки согласовать уравнения Максвелла с уравнениями механики Ньютона были отмечены в статьях Н.А. Умова, Дж. Томсона, О. Хевисайда, М. Абрагама, Х. Лоренца,  А. Пуанкаре. Однако А. Эйнштейн придал данной зависимости универсальный характер, не зависящей от эфира и не ограниченной электродинамикой.

Ситуация поменялась,  теперь теоретики однозначно утверждают, что с увеличением температуры тела, его масса растет. Масса физического объекта зависит от его внутренней энергии. При поглощении внешней энергии масса растёт, при потере энергии – уменьшается. Согласно теории относительности масса нагретого утюга увеличивается на 4 мг [5] ((Об этом статья: "Энергия покоя").

А что же с весом данного тела?

По поводу субстанциональности теплоты с графом Румфордом не согласился бы наш соотечественник профессор Дмитриев А.Л. В своих статьях («Управляемая гравитация» и «Простой эксперимент, подтверждающий отрицательную температурную зависимость силы тяжести» и др.) он с коллегами утверждает, что при нагревании тел их вес уменьшается [1, 2]. Автор пишет: «Эксперименты показали, что во всех исследованных образцах материалов наблюдается одна и та же закономерность – заметное уменьшение массы стержней при их нагревании ультразвуком. Временная зависимость Δm(t) изменения масс образцов при их ультразвуковом нагреве примерно соответствует временной зависимости ΔT(t) изменения температуры образцов, т.е. выполняется прямая пропорциональность величин приращений Δm и ΔT» [1].

По сути, речь идет об изменении кажущейся массы испытываемых образцов, иначе веса, т.к. в экспериментах происходило прямое взвешивание на лабораторных аналитических весах.

Почему же вес тел при нагревании уменьшается? Для меня ясно одно, что при дальнейшем нагревании вес исследуемых тел застабилизируется. А иначе, при такой «прямой пропорциональности» и при постоянном нагреве, в конечном итоге, все нагретые тела потеряли бы вес и, само собой, улетели бы с Земли в Космос.

Нагревание до более высоких температур и в более широком диапазоне должно изменить направление кривой на графике экспериментаторов, т.е. она должна подниматься. Для уменьшения влияния воздуха на эксперименты, их следовало бы проводить в вакууме. Безусловно, здесь потребуются новые усилия ученых для проведения сложных опытов.

Как объяснить первоначальное уменьшение веса в опытах Дмитриева, его коллег и других экспериментаторов? Безусловно, одним из факторов здесь сказывается эффект так называемой «плавучести», более нагретые поднимаются вверх, а также усиливается тепломассобмен в ультразвуковом поле и других факторов, которые не видны исследователям.

Поскольку нагрев металлических тел происходил в герметичных контейнерах, то можно говорить только об изменении частоты электромагнитного излучения нагреваемого тела, и о взаимодействии с электромагнитным полем Земли. Здесь для уточнения этого взаимодействия следовало бы повторить эксперименты в шахте или пещере и в более широком диапазоне температур.

Во всех опытах исследователей прослеживается зависимость между теплотой и весом испытываемых образцов, то тогда теплота – это субстанция? Да, очевидно, что теплота – это субстанция. Тогда с песнями и вновь к теплороду!

В заключение добавлю, что данный разговор на тему теплоты и температуры не закончен. Я вернусь к нему в последующих статьях, в частности, о максимально возможной температуре вещества.

Теплота и температура – неразделимые понятия в физике, которые добавляют новые загадки исследователям.

Назад  Вперед