Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия

1) Газы расширяются равномерно, если температуру измерять ртутным термометром. Это экспериментальный факт, связанный скорее с удачным выбором ртути.

2) Газы расширяются равномерно, если температуру измерять газовым термометром. Тогда это будет необходимым следствием определения газовой шкалы температур. Провозглашений его экспериментальным фактом есть абракадабра.

Закон Гей-Люссака должен включить либо первую, либо вторую точку зрения. Смешивать их непозволительно.

Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы (см. гл. 30 ) позволяет распространить это утверждение и на другие частицы: молекулы и атомы жидкостей и твердых тел. Однако при учете других движений, таких, как колебания (а для атомов в твердом теле это просто необходимо), возникают квантовые ограничения, которые сильно меняют всю картину.

Мы знаем, что температура газового термометра — это мера Кинетической Энергии молекул, но это отнюдь не означает, что подобная температура — «истинная». Она появилась, когда мы выбрали газовую шкалу.

Например, ртуть годится вполне, а вода нет, так как в интервале от 0 до 100 °C она сперва немного сжимается от 0 до 4 °C, а затем сильно расширяется. Водяной термометр давал бы «неоднозначные» показания»

В последнее время были придуманы отрицательные абсолютные температуры. Для обычной термодинамики они остаются бессмыслицей, но приобретают реальной смысл в пограничной области, где электроника встречается с квантовой механикой.

Поток горячего воздуха тоже «машина».

Часто говорят, что мощность — это скорость потребления энергии или скорость снабжения энергией. Строго говоря, энергия никогда не исчезает и никогда не создается из ничего, а только переходит из одной формы в другую. Тем не менее, вспоминая об оплате счетов за электроэнергию, мы, естественно, думаем об одностороннем обмене и говорим о потреблении или о снабжении электроэнергией. Говорят также, что мощность — это «скорость, с которой совершается работа». В нашем курсе работа рассматривается не как форма энергии, а лишь как свидетельство ее превращения. С этой точки зрения слово «совершение», как и слово «потребление», не годится, правильнее было бы говорить « мощность — это скорость работы ».

Конечно, следовало бы единицу мощности назвать «уатт», а не «ватт», но традицию не изменишь. — Прим. перев .

Мощность электрических машин обычно измеряется в ваттах, поэтому большинство считает, что вата — электрическая единица. Это не так. Ватт — единица мощности, применимая к любым машинам и любым превращениям энергии.

Предположите, что справедливо правило:

ПОКАЗАНИЕ ВОЛЬТМЕТРА (в вольтах) ∙ ПОКАЗАНИЕ АМПЕРМЕТРА (в амперах)

дает мощность (в ваттах).

Кажется странным, что мощность можно измерить только этими двумя приборами, без всяких часов. Ведь мощность — это скорость и для ее измерения нужны часы. Однако амперметр сам по себе есть измеритель скорости. В известном смысле в нем заключены часы, ибо он измеряет электрический ток в кулон/сек .

Архимед считал, что он может получить правила рычагов из чистых рассуждений, на основе простых и очевидных аксиом. Но, будучи хорошим экспериментатором, он, несмотря на все теоретическое могущество, по-видимому, тщательно проверял свои правила. Как говорят, он с успехом использовал реальные рычаги и катапульты при защите Александрии.

Если дано Солнце и две планеты, скажем Солнце, Земля, Луна, все становится намного труднее, ибо необходимо решить задачу о возмущении. И все же для решения знаменитой задачи «трех тел» первое, с чего следует начать, это с утверждения о сохранении энергии.

Лукреций , О природе вещей, Изд-во АН СССР, 1946, стр. 79.

Цитируется Ллойдом Тэйлором в книге «Physics, The Pioneer Science».

Сохранились записи некоторых измерений Румфорда, выделившейся теплоты за 2 1/ 2часа сверления было достаточно для нагревания 12 кг воды от точки замерзания до кипения. Румфорд установил, что для вращения сверла достаточно одной лошади. Если из этих записей мы хотим определить энергию, соответствующую 1 Кал, то нужно сделать какое-то предположение о лошади. Воспользуемся оценками Уатта: 1 лошадь дает 75 кГм/сек, а за 2,5 часа — 75∙2,5∙60∙60 кГм = 700 000 кГм = 1 000 000 дж. Выделенное тепло нагревает 12 кГ воды на 100 °C, или составляет 1200 Кал, т. е. 1 Кал соответствует (7 000 000/1200) дж = 5500 дж.