Предисловие
С давних-давних пор людьми двигала великая сила — любознательность. И не обладай они ею — многое из того, что окружает вас, создано бы не было. Нам, среди прочего, свойственно стремление узнать, испытать, открыть, изобрести. А кое-кому страсть как хочется в полученных знаниях навести порядок.
Так появляется наука — не свалка сведений и фактов, домыслов и фантазий, а достоверные и упорядоченные знания. Так развивается техника — удивительные механизмы и сооружения. Так рождаются ученые и инженеры — те, кто добывает и применяет эти знания.
В этой книге и пойдет речь о поисках (и блужданиях) научной мысли, пытающейся выяснить побольше… о теплоте, магните, свете, об электрических лучах и еще о многом-многом другом.
Иными словами — о физике и технике, о людях, которые ими занимаются.
Мир тепла
Изучать тепловые процессы заставило человека вечное стремление к теплу. И одежду он шил, и дома строил, чтобы тепло сохранить, удержать. А потом приспособил тепло двигать машины — так до сих пор оно там на нас и работает. Чтобы машины лучше двигались, пришлось разбираться, из чего тепло «состоит».
Выяснилось — из движения. Как же так? Да, еще древние греки об этом думали. Две тысячи лет понадобилось, чтобы до нас это окончательно дошло. А как дошло, так теперь кажется, что по-другому о тепле и думать-то нельзя.
Давайте-ка и мы взглянем на мир тепла с разных, порой неожиданных сторон. Со стороны плавления и замерзания, испарения и конденсации, теплопроводности и излучения. Посмотрим на него с облаков и с ракеты, из паровоза и из холодильника. Но прежде всего заглянем внутрь… вещества.
Что внутри вещества?
О каких бы телах мы ни говорили, мы почти всегда считали их сплошными: слиток металла, капля воды, глоток воздуха. Хотя все названное это части чего-то большего, мы не всегда обращаем внимание на то, что они сами из чего-то состоят. Однако с далекой древности возможность деления вещества на части подталкивала к идее, что можно дойти до каких-то очень маленьких его крупинок, делить которые дальше уже некуда.
Демокрит (ок. 460–370 до н. э.) — древнегреческий ученый и философ. Считал, что все безграничное разнообразие веществ в природе состоит из множества мельчайших неделимых частиц — атомов. Они отличаются по форме и величине, но сами по себе вечны и неизменны. Также полагал, что во Вселенной существует бесчисленное множество миров, возникающих и гибнущих.
Это гипотеза о дробном строении вещества, одна из самых старых в истории человеческой мысли. Подтвердилась эта гипотеза спустя более чем 2000 лет. У нее все это время было немало как сторонников, так и яростных противников. И только опыт, как часто бывало, поставил все на свои места.
Конечно, убедиться глазами в том, что вещество состоит из каких-то крохотных частиц, невозможно. Сколько бы мы ни дробили, скажем, кирпич, ни разбрызгивали на капельки воду, всегда оказывается, что пылинки и капельки можно делить дальше. Да нечем!
И лишь за последние 100 лет накопилось достаточно доказательств существования таких «зернышек» вещества. Сегодня специальные микроскопы, где вовсе нет стеклышек, помогают нам буквально разглядеть их. И вправду, внутри вещество оказалось устроено очень близко к тому, что о нем думали еще древние греки. Вы, наверное, слышали о названиях этих частиц — атомы и молекулы.
Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765) — российский ученый-энциклопедист. Основатель Московского университета, автор учебников и поэм, создатель школ. Отстаивал учение о прерывистом строении вещества, опередившее науку того времени на столетие. Сформулировал закон сохранения материи и движения. Занимался исследованиями атмосферного электричества, сконструировал оптические приборы для астрономических наблюдений. Открыл атмосферу на Венере. Строил стекольные заводы, шахты, плавильные печи. Внедрил физические методы в химию.
Узнать об их наличии было важно не только, чтобы удовлетворить наше любопытство. Огромное количество явлений, прежде всего тепловых, удалось объяснить с помощью представления о молекулах. Теория процессов, происходящих в веществе, опирающаяся на такое знание его строения, называется молекулярно-кинетической теорией.
Зернышки-атомы и ягодки-молекулы
А почему мельчайшие частички вещества называют то атомами, то молекулами? Может быть, их просто всего два разных сорта, скажем, это черные и белые шарики. Нет, дело обстоит чуть сложнее. Какие-то вещества действительно состоят как бы из собранных вместе мельчайших шариков — («зернышек») одного вида. Это, например, металлы или газ неон, которым заполняют рекламные трубки. В других веществах эти шарики одного или разных сортов группируются, крепко сцепившись, так что получается словно новый, составной шарик («ягодка»). Вот отдельные крохотные шарики называют атомами, а их объединения, группы — молекулами.
Амедео Авогадро (1776–1856) — итальянский физик и химик. Высказал гипотезу о строении молекул газов из одного или нескольких атомов. Получил один из основных газовых законов, на базе которого в дальнейшем развивалось атомно-молекулярное учение. Разработал метод определения молекулярного и атомного весов.
Возьмем, к примеру, два газа — водород и кислород. Возможно, вы видели прочные металлические баллоны для перевозки этих газов в сжатом состоянии. Внутри того, на котором написано «водород», этот газ представляет собой «парочки» сцепившихся самых маленьких атомов в природе — атомов водорода. В баллоне же с надписью «кислород» мы могли бы обнаружить тоже пары-молекулы, состоящие, в свою очередь, из атомов кислорода — шариков, раз в восемь массивнее водородных.
