что такое тепло и холод
Тепло и холод
Что же такое тепло? И что такое холод? Может, эти вопросы кому-нибудь кажутся слишком легкими.
Помните: один древний философ уверял всех, что огонь — это вещество.
Вы, наверно, посмеетесь: какое же вещество — огонь. Вот горящие дерево или уголь — действительно вещества. А огонь — это просто горение: топливо соединяется с кислородом и при этом выделяется много тепла.
Но не думайте, что догадаться об этом было просто. И не только в далекой древности люди ошибались. Еще недавно некоторые ученые считали, что тепло — особая невидимая жидкость: переливается из нагретого тела в холодное и нагревает его. Для этой жидкости, которая «творила тепло», даже название приготовили: теплотвор.
А может быть, так и есть. Может быть, теплотвор вроде чая: нальешь в пустой стакан — стакан нагреется, выльешь — остынет. А если на огне нагревать кирпич или, скажем, кусок толстой железной проволоки, где же в проволоке, в кирпиче поместится чай-теплотвор.
Но были и тогда ученые, не верившие в теплотвор. Ломоносов еще более двухсот лет назад говорил: движение атомов и молекул в веществе — это и есть тепло. Если они начинают двигаться, суетиться быстрее, мы скажем: вещество нагревается. Если медленнее — остывает.
Как бы это проверить: прав он или не прав?
А проверить все же возможно: если опытный наблюдатель будет достаточно долго и внимательно глядеть в микроскоп, то заметит, что в капле кипятка броуновские частички-пылинки движутся быстрее, чем в холодной, остуженной капле.
Впрочем, и без всякого микроскопа каждый не раз видел, как начинают носиться «горячие» молекулы: ну конечно, я имею в виду обыкновенный пар — молекулы воды, вылетающие из чайника на плите…
Неужели вы и теперь продолжаете думать, будто это слишком простые вопросы? Тогда ответьте, пожалуйста, еще на один: почему нагревается ложка в стакане с чаем? И почему нагревается стакан?
Люди привыкли к таким «обыкновенным» явлениям и почти не замечают их. Им кажется, что это слишком просто, даже неинтересно. Еще как интересно.
Отчего же нагреваются стакан и чайная ложка?
Есть такая шутка: «От чего утка плавает?» — «От берега». Только не вздумайте подобным образом ответить на мой вопрос: «Стакан и ложка нагреваются от горячего чая…» Ясно, что от горячего, а не от холодного. А вот почему они нагреваются от чая, как это происходит?
Подумали? Наверно, кто-нибудь уже догадался. Вот и объясните тому, кто до сих пор не знает. А объяснить можно так: молекулы горячего чая толкаются не только между собой — они толкают, пихают все, что встретится им на пути. Встретился стакан — толкают стенки стакана, встретилась ложка — ложку. Молекулы стеклянного стакана сперва были «холодные», медленные. Но быстрые молекулы чая очень скоро их растормошили, растолкали: стакан нагрелся.
Ложка не вся утонула в чае — конец торчит сверху, над стаканом. А попробуйте-ка дотронуться до него — конец тоже нагрелся. Это свойство вещества — передавать, проводить тепло, будто электрический ток по проводам,— называют теплопроводностью. Особенно хорошо проводят тепло металлы и некоторые другие твердые вещества. Теплопроводность жидкостей, например воды, во много раз хуже, чем металлов. А теплопроводность газов? Вы, конечно, помните, что в газах молекулам живется просторно и они сравнительно редко сталкиваются, встречаются друг с другом. Вот почему газы, например воздух, проводят тепло совсем плохо.
Люди знают об этом и по-разному используют теплопроводность разных веществ.
Какая стена теплее — сложенная из сплошного глиняного кирпича или из кирпича, внутри которого оставлены дырки? Оказывается, «дырчатая»: кирпич сам по себе плохой проводник тепла, ну, а воздух, запертый в дырках в толще стены, — еще хуже. Ни за что не пропустит в дом зимний холод и не выпустит из дома тепло!
А вот в «стенках» кастрюль, сковородок, чайников незачем оставлять так называемые раковины, пустоты. Не случайно эту посуду изготовляют чаще всего из металла — из чугуна, алюминия. Ведь металлы, как мы уже говорили, обладают прекрасной теплопроводностью. В металлической посуде пищу можно нагреть и сварить гораздо быстрее, чем в глиняной…
Что же происходит с веществом, когда его нагревают?
С любым… Взять хотя бы кусок железа. Или нет, возьмем не железо, а обыкновенный пятак, монету из сплава меди с другими металлами.
Можно проделать с монетой опыт: забить два гвоздя в дощечку, будто это футбольные ворота. Да так, чтобы в эти ворота мог плашмя протискиваться пятак. А теперь хорошенько нагрейте пятак на огне и попробуйте снова просунуть в ворота. Только — чур! — не хватайте монету пальцами — обожжетесь. Лучше взять ее плоскогубцами или другими щипцами… Что, не лезет, не получается? Ну конечно: монета от нагревания «растолстела». Вот как расшевелились в ней мельчайшие частички вещества! Тесно им стало — они и растолкали друг друга, заняли больше места.
И кусок железа «растолстеет», если его нагреть, и вода, и камень, и воздух — словом, любое вещество. Свойство вещества увеличиваться, расширяться при нагревании называют тепловым расширением.
Тепловое расширение каждый много раз наблюдал в обыкновенном градуснике — термометре. «Термо» по-гречески значит «тепло». Термометр — измеритель тепла. В термометре есть стеклянная тонкая трубочка, в которой запаяна ртуть.
Если градусник сунуть под мышку, ртуть нагреется и расширится. А расширившись, поднимется по трубочке вверх и покажет температуру, то есть быстро ли движутся атомы и молекулы в нашем теле.
Есть термометры для жидкостей. Они показывают, быстро ли там движутся молекулы. Есть для воздуха: по ним узнают, жарко на улице или холодно.
Есть специальные термометры, которыми можно измерять температуру в доменных печах, где плавят железо.
Кстати, что это значит — расплавить железо?
Значит, нагреть его до высокой-превысокой температуры, до тысячи пятисот градусов! Атомы железа раскачаются, распляшутся от нестерпимой жары и перестанут держаться друг за друга так прочно, как раньше, и… потекут. Твердое железо превратится в горячую огненную реку, в жидкость. А если нагреть его еще сильнее, то и в пар! Даже очень твердое вещество, например камень кварц, можно расплавить и превратить в жидкость, а потом в пар или газ.
А что происходит, если остужать вещество, или, как говорят, понижать его температуру?
Тогда пар или газ снова превращаются в жидкость: частички вещества понемногу успокаиваются. Станет еще холоднее — и жидкость затвердеет. Воздух, которым мы дышим, ученые тоже научились превращать в жидкость вроде воды или в кусок твердого льда — в холодильниках. Не в обыкновенных холодильниках, а в специальных, где мороз двести градусов! Такого трескучего мороза даже на Северном полюсе не бывает.
Кто же из них был прав — материалисты или идеалисты? Нужна или не нужна наука? Может ли наука узнать, из чего все? Пожалуй, я даже отвечать на эти вопросы не буду: вы сами давно догадались.
Сперва ученые-материалисты доказали, что атомы и молекулы не выдумка, что они существуют на самом деле. А потом эти самые атомы и молекулы помогли ученым понять, от чего зависят свойства вещества.
Но и это не все. Оказалось, что внутри каждого атома скрыта огромная сила. Как бы ее освободить и заставить служить людям?
ТЕПЛО И ХОЛОД
Люди всегда чувствовали тепло и холод, но объяснить, что это такое, оказалось совсем нелегко. Больше двух тысяч лет назад АРИСТОТЕЛЬ утверждал, что это свойства, присущие определённым телам, а другие тела их лишены. Так думали в течение многих веков. Лет двести назад уже считалось, что в нагретом теле содержится особая материя — теплород (подобно тому, как в сладком чае содержится сахар). Но и в это время некоторые учёные, в том числе М. В. ЛОМОНОСОВ, утверждали, что теплота есть движение мельчайших частичек материи.
В начале прошлого века было сделано одно важное открытие. Английский ботаник Броун, рассматривая под микроскопом цветочную пыльцу в капле воды, заметил, что частицы пыльцы как-то беспорядочно движутся. Чем мельче была пыльца и чем теплее вода, тем быстрее двигались частицы. Как потом стало ясно, это МОЛЕКУЛЫ воды, находящиеся в беспрестанном движении, толкают пыльцу. Крупные частицы почти не ощущают этих толчков, а мелкие начинают двигаться. Такое движение по имени открывшего его учёного было названо броуновским. А движение самих молекул воды или любого другого вещества стали именовать «тепловым», потому что оно непосредственно зависит от температуры тела.
Тепловое движение частиц происходит всегда и присуще материи как неотъемлемое её свойство. В жаркую погоду частицы воздуха движутся быстрее, чем в холодную. Когда кипяток остывает, молекулы воды движутся всё медленнее и медленнее. И сколько бы мы ни понижали температуру, движение частиц будет становиться всё более вялым, но полностью не остановится никогда. Даже при температуре, близкой к абсолютному нулю (так называется наименьшая из возможных температур — минус 273°), атомы хоть и еле-еле, но будут двигаться.
Поняв, что такое теплота, учёные смогли объяснить и различие между тремя состояниями вещества: газообразным, жидким и твёрдым. В газе молекулы движутся свободно и совершенно беспорядочно. В жидкости они расположены более тесно, поэтому движутся в основном на одном месте и лишь немного перемешиваются. В твёрдом теле частицы уже совсем тесно связаны со своими соседями и не могут перемещаться, а лишь покачиваются, колеблются.
Когда твёрдое тело нагревают, энергия движения его частиц увеличивается и, наконец, становится так велика, что частицы отрываются друг от друга, и тело плавится. Если дальше нагревать жидкость, её частицы будут двигаться всё быстрее, пока не начнут «улетать»,— жидкость будет испаряться.
Такое представление о тепле и холоде— одно из самых важных для правильного понимания окружающего нас мира.
До минус 50: метеорологи предупредили об экстремальной зиме
На этой неделе зима началась ровно 1 декабря. Причем сразу по-взрослому – вся Россия оказалась под климатическим ударом. И не только Россия. Но страшнее другое – метеорологи с тревогой смотрят на характеристики циклонов. И говорят, что нас ждет аномально холодная зима.
Что порождает рост так называемых опасных гидрометеорологических явлений, которые наносят значительный ущерб экономике и угрожают жизни самого населения? В этом году в России их была тысяча. Может ли российская наука прогнозировать такие разрушительные и опасные явления? Не пора ли уже менять инфраструктуру городов? РЕН ТВ решил спросить это не у модных столичных метеорологов, а у тех людей, кто непосредственно на передовой климатического фронта.
Ураганы, наводнения, метели. И все это за одну неделю. На Британию обрушился разрушительный шторм «Арвен». Принес с собой снегопад и ветер: порывы – до 160 километров в час. Ураган ломал деревья как спички, сносил остановки и магазины.
Сильная метель в Дании. Сотни людей заночевали в магазине игрушек и мебельном супермаркете. Спали на выставочных кроватях.
— Я выбрал, ту что помягче. Здесь очень удобно.
В это время мощный шторм в Турции срывал крыши домов, переворачивал грузовики. Не устояла часовая башня. Семь человек погибли.
Ураган, который терзал Турцию, пересек море и достиг Крыма. В плену стихии оказался практически весь полуостров.
Впервые за 10 лет аномальная буря накрыла Сочи. Девятиметровые волны смывали людей с набережной.
Снежный шторм «Бенедикт» достиг Москвы и Петербурга. Сильнейший за 70 лет. Упавшие деревья, летающие светофоры, транспортный коллапс. На Московском шоссе в Северной столице люди стояли в пробке по двое суток.
Циклон бушевал во Владивостоке, Магадане, Хабаровске. Общественный транспорт прекратил движение. Одновременно – погодные катаклизмы в Китае и Греции, Германии и Казахстане.
«Чем теплее становится планета, тем более интенсивнее, разрушительней становятся явления. 50 лет назад количество стихийных явлений на Земле было в пять раз меньше, чем сейчас», – отметила заместитель генерального секретаря Всемирной метеорологической организации Елена Манаенкова.
А впереди – одна из самых суровых зим за последние 30 лет, заявили в Европейском погодном центре.
– В Арктике климат теплеет очень быстро и динамика полярного вихря меняется, она становится более изменчива, менее устойчива.
Самый опасный сценарий: раскол полярного вихря – арктической воздушной воронки, которая увеличивается зимой и внешне напоминает смерч. Холодный воздух скапливается – его буквально держат взаперти. Но при внезапном потеплении стратосферы разделяется. Если расколется, например, над Сочи или Парижем, будет минус 50.
Мы отправились туда, где рождается зима. На берег Баренцева моря, к метеорологам. Возможно, именно так и выглядит наше будущее – километры снега и льда.
К метеорологам попасть достаточно непросто. Из-за метелей трассу часто закрывают на несколько часов, дней и даже недель. Нам повезло. Дорогу в село только недавно открыли. Чтобы благополучно добраться до края земли и увидеть его, нужно взять с собой несколько лопат, газовую горелку, еду и даже спальники.
Териберка – село на краю Земли, за Полярным кругом. Стало знаменитым после выхода фильма «Левиафан». Это наполовину покинутый населенный пункт, много брошенных зданий, меньше тысячи жителей. Вокруг бескрайний Север – тундра.
На берегу океана – метеостанция. Дальше только Северный полюс и белые медведи.
«От медведя как убегали, вот все лето убегала! Там, на дороге, бегом на работу и бегом с работы! Лисы у нас тут ходят, потом на меня сова нападала, мне сказали потом: сними белую шапочку, потому что она тебя за зайца принимает», – поделилась метеоролог Светлана Иванова.
Светлана работает здесь уже 30 лет. Приехала после учебы в Москве. И ни разу не пожалела.
«Мне надо тут посмотреть температурки. Будка, здесь у нас стоят четыре термометра. Вот сейчас будем период волн считать. Нужно 11 волн посчитать», – рассказала она.
Со стороны простейшие приборы кажутся смешными, но так работают во всем мире. Только живут по-разному. Здесь из благ цивилизации – только свет. Туалет на улице. Вода из снега.
– Где нет следов, там и набираем! И на чай, ну, два раза прокипятишь, ничего страшного.
Светлана каждые полчаса передает данные в центр: температура, осадки, давление, ветер, видимость. Оказывается, у снега есть аж девять состояний, а облаков – десятки видов и все на латыни.
– Кумулюс-хумелюс: кучевые плоские.
Из последних наблюдений: стал теплее Северный Ледовитый океан.
— Если у нас раньше чаше были минусовые температуры в море, то сейчас они в основном все плюсовые.
А если Север потеплеет, говорит Светлана, то Европа замерзнет. Тогда и сбудутся худшие прогнозы ученых: минус 50 и световой день – три-четыре часа.
Тепло и холод: как они используются в СПА-процедурах
Холод и тепло на протяжении долгого времени используются в косметологии. Потому для сохранения привлекательного внешнего вида в течение долгого периода не стоит пренебрегать данными видами косметических услуг.
Омоложение кожи
Спа-процедуры с применением холода
Процедуры, направленные на возвращение коже упругости, коррекцию мелких морщин и возрастных пигментных пятен, называются криопилингом.
Процедура сопровождается незначительными болевыми ощущениями и проводится в течение 30 минут. После выполнения манипуляций сохраняется небольшое покраснение кожных покровов, которое бесследно исчезает по прошествии 40 минут. Данную косметическую процедуру можно рекомендовать, даже если у вас чувствительная кожа.
Зачастую в косметологии для закрепления достигнутого эффекта объединяют криопилинг с чисткой ультразвуком и специальными масками для омоложения. Полноценный курс состоит из 3-4 процедур с перерывами в две недели.
Спа-процедуры с применением тепла
Давно известно, что эффект косметологических препаратов под воздействием тепла происходит намного быстрее, поэтому инфракрасное тепловое излучение широко используется в омолаживающих процедурах. Нанесенные на поверхность кожи препараты под действием тепла быстрее проникают через подкожную жировую клетчатку и разглаживают небольшие морщины. В итоге таких косметических процедур клетки кожи насыщаются питательными веществами, ускоряются обменные процессы в тканях, восстанавливаются волокна коллагена.
Процедура не вызывает никаких болезненных ощущений и проводится в течение 15 минут. Для получения визуально заметного результата следует посещать косметический салон 1-2 раза в неделю на протяжении месяца. Достигнутые изменение обязательно нужно закреплять полноценным уходом за кожей дома.
Для проведения косметических процедур с использованием инфракрасного теплового излучения подойдут даже переносные ИК-лампы, которые можно приобрести в аптеках. Они, конечно, не такие мощные, как салонные, но все равно сгодятся для замедления старения кожи в домашних условиях.
Моделирование фигуры
Применение холода
Криосауна – недавнее изобретение косметологов, используемое для коррекции фигуры. Изначально она применялась только в медицине при лечении больных диабетом, астмой, артритом. В настоящее время во многих салонах имеется данная установка.
Горячо-холодно: рассказываем, почему одни люди постоянно мёрзнут, а другим вечно жарко
Люди, как известно, делятся на два типа: тех, кому всегда холодно, даже если за окном тепло, и тех, кому постоянно жарко.
Впрочем, не стоит думать, что противостояние «мерзляков» и тем, кому «вечно жарко», только психологическое. Во-первых, люди действительно по-разному реагируют на температуру. Во-вторых, и у тех и у других могут быть серьёзные проблемы со здоровьем.
Какие? Это мы и попытались узнать.
Вам всегда холодно
Исследования учёных подтвердили факт, что чаще всего мерзляками являются женщины. Дело в том, что для представительниц прекрасной половины человечества комфортной является температура, приближенная к 25 градусам, когда мужчинам достаточно всего 22 градусов. Но это, конечно же, не значит, что мёрзнут постоянно только женщины.
О каких проблемах со здоровьем это говорит?
Анемия. Причиной постоянного чувства холода и желания согреться может быть недостаточный уровень гемоглобина в крови. Он вызывает задержку в доставке кровью кислорода к внутренним органам и тканям. Организм пытается улучшить кислородное питание организма, и сосуды расширяются, чтобы усилить кровоток.
Так же они ведут себя в условиях сильной жары или в сауне. Соответственно, усиливается теплоотдача – тело лишается необходимого запаса «отопления» и мерзнет.
Что делать? Нужно срочно повышать уровень железа в крови. Проще всего это сделать, подкорректировав свой рацион. Обогатите меню красным мясом, субпродуктами, свеклой, гречкой, орехами, яйцами. Купите в аптеке гематоген.
Авитаминоз. У вас возможно нехватка жиров и витаминов А и Е. Именно эти вещества отвечают за баланс биохимических процессов в печени, способствующих обогреву. Их недостаток может привести к постоянной зябкости даже в тёплую погоду.
Что делать? Для начала стоит ввести в свой рацион продукты, содержащие высокую концентрацию ретинола и токоферола. Больше ешьте моркови, тыквы, крупы, красных овощей и фруктов. При одобрении врача можно попить синтетические витаминные комплексы.
Старайтесь употреблять полезные жиры, которые, к слову, не только необходимы для организма, но и способствуют похудению. Это жирная рыба, сыр, яйца и т.п. Избегайте вредных трансжиров.
Проблемы с щитовидкой. Причиной «вечной мерзлоты» может быть гипотиреоз – дисфункция щитовидной железы. За регулирование энергетических процессов в организме – распределение запасов энергии, в том числе и на обогрев – отвечает именно этот орган.
Например, при гипотиреозе процессы обогрева нарушаются. Тормозится образование тепла из полученных с пищей калорий.
Что делать? Понять, что дело именно в щитовидке, можно, обратив внимание на ноги – они холодные в любое время суток. Если вы замечаете такое за собой, нужно обратиться к эндокринологу.
Проблемы с сосудами. Часто холодные ноги или руки – это признак нарушения периферического капиллярного кровообращения. Тепло просто не доходит до конечностей.
Гипотоники (люди с низким давлением) знают, что такое повышенная «мерзлявость»: снижение давления приводит к нарушению кровоснабжения, что опять-таки становится причиной внутреннего «холода».
Что делать? В этом случае стоит принять курс витаминов, увеличить физическую активность, добавить прогулок на свежем воздухе, скорректировать питание (добавить овощей и фруктов, убрать рафинированную пищу). Гипотоникам можно пить больше одной чашки чая или кофе в день, чтобы немного повысить давление.
Диабет. Заболевание становится причиной нарушения обмена веществ, а также серьёзных проблем с сердечно-сосудистой системой. В таких случаях пациенты часто жалуются на постоянно холодные ноги, которые при этом ещё и теряют чувствительность.
К этому добавляется постоянная сухость во рту. Особенно если она остаётся даже после обильного питья, а сильная жажда сопровождается постоянным посещением туалета. Может наблюдаться головокружение, резкое увеличение или потеря веса.
Что делать? Записаться к врачу-эндокринологу, который подберёт лечение.
Недостаток сна. Оказывается, одной из главных причин, влияющих на ощущение температуры окружающей среды, является качество сна. В случае, когда организм не получает достаточно времени для отдыха, первой начинает страдать функция терморегуляции и, как следствие, появляется озноб. Учёным, кстати, пока так и не удалось выяснить, по какой причине это происходит.
Что делать? Постарайтесь нормализовать свой график сна. Соблюдайте режим – ложиться и просыпаться нужно в одно и то же время, в идеале сон должен длиться с 22.00 до 6.00. За 4 часа до сна не стоит пить кофе и спиртные напитки, а также лучше отказаться от слишком обильной еды.