Горизонты техники для детей, 1974 №10 (Журнал «Горизонты техники для детей») - страница 8
В середине XIX века, т. е. во времена Джоуля, ученые часто черпали свои идеи из наблюдений за работой промышленного оборудования. Один из предшественников Джоуля, Майер, пытался определить закон, управляющий превращением механической энергии в теплоту, пользуясь устройством, работавшим на бумагоделательной фабрике. В чане, наполненном жидкой бумажной массой, находился механизм, перемешивавший содержимое. Он приводился в движение лошадью, ходившей по кругу. От смешивания температура бумажной массы незначительно повышалась (то же самое происходит, например, при растирании сливочного крема). Майер измерял рост температуры и собирался на этом основании определить, какую работу следует проделать для получения определенного количества тепловой энергии.
Однако его метод исследования не мог гарантировать большой точности. Трудно ведь точно подсчитать работу, проделанную лошадью, а значительная часть тепла рассеивалась в воздухе. Еще одна трудность — быть может, самая главная — заключалась в том, что у Майера, врача по профессии, было очень мало свободного времени, которое он мог посвятить своим физическим экспериментам.
Джеймс Джоуль находился в более выгодном положении. Он унаследовал от отца пивоваренный завод и располагал средствами, на которые мог оборудовать дома физическую лабораторию со всеми необходимыми приборами. Было среди них и устройство, с помощью которого он изучал закон, управляющий превращением механической энергии в теплоту (смотри рисунок).
Расскажем о нем поподробнее. На деревянной подставке, которая служит термоизолятором, находится калориметр: металлический сосуд с двойными отполированными стенками, сделанный из двух цилиндров, вставленных один в другой. Между днищами цилиндров находится слой пробки, а промежуток между боковыми стенками заполнен воздухом. Таким образом, внутренний цилиндр изолирован от окружающей среды. Он заполнен жидкостью, которая перемешивается с помощью крыльчатки — металлических лопастей с отверстиями, насаженных на ось. Верхняя и нижняя части металлической оси крыльчатки соединены деревянным валиком, который также препятствует утечке тепла. В верхней части крыльчатки находится веревка. Ее концы Джоуль намотал на два блока.
К двум кускам веревки, намотанным на оси блоков, привязаны грузы в форме — кружков. Прибор имел также две шкалы, находившиеся около грузов, которые позволяют измерять перемещение грузов, а также термометр (на рисунке его нет), служивший для измерение температуры жидкости в калориметре.
С помощью рукоятки Джеймс Джоуль наматывал веревку на ось крыльчатки, в результате чего вращались блоки, наматывая веревки с грузами и поднимая их кверху. Теперь прибор готов к работе. Достаточно освободить рукоятку, чтобы грузы, опускаясь вниз, привели в движение блоки и ось крыльчатки. Вращаясь, крыльчатка преодолевала сопротивление жидкости. В результате произведенной работы жидкости, крыльчатка и внутренний сосуд калориметра нагревались. Джоуль измерял повышение температуры названных элементов. Зная массу и удельную теплоемкость жидкости и соприкасавшихся с ней металлических лопастей, он определял количество передаваемого им тепла. Механическую работу, в результате которой образовалось это тепло, он вычислял, зная массу грузов и расстояние, на которое они переместились.