Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/1998/04/11.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:24:40 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:10:20 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: закон вина

Просто физика
ПРОСТО ФИЗИКА

11

М.КАГАНОВ

Д

ме своей есть еще по крайней мере две физики: чужая та, которой профессионально занимаются другие физики и с результатами которой очень интересно познакомиться хотя бы поверхностно по изложению в научно-популярных журналах и книгах, и просто физика, с которой сталкиваешься совсем неожиданно: читая о чем-то, не напрямую связанном с физикой, или наблюдая что-либо. Большинство физиков уверены, что окружающая их действительность работа машин и механизмов, явления природы и т.п. может быть объяснена и понята на основе физики. Конечно, только то, что находится в области ее применимости. Речь не идет о духовных движениях, о жизни общества и многом другом, возможно, более интересном, чем то, в чем пытается разобраться физика. О 'просто физике' вспоминают, мне кажется, нечасто. Есть физики, которые не любят задумываться о случайно наблюдаемых явлениях, отвечать на возникшие 'из жизни' вопросы. Однажды я задал своему коллеге прекрасному физику вопрос: Почему кипящий на газовой плите чайник окутывается паром после того, как газ выключен? Он, практически не слыша вопроса, сказал раздраженно: Не люблю кухонной физики! Для него и для многих 'просто физика' кухонная физика. Им эта статья, скорее всего, не понравится. *** Вопросы 'из жизни' возникают, как правило, совершенно спонтанно, но возникнув, чаще всего (признаюсь) забываются. Но если не забываются, то в процессе ответа на них 'обрастают' разнообразными ответвлениями и иногда заставляют обдумывать вполне любопытные вещи. Эта статья попытка перенести на бумагу поток сознания, возникший из двух источников. Не надо думать, что, задав себе вопросы, я начал раздумывать над ответами или
3*

УМАЮ, у каждого физика кро-

обдумывать затронутые проблемы. Эти серьезные слова плохо описывают то, что происходило. Точнее сказать так: задав себе вопросы, я часто ловил себя на том, что мысленно возвращаюсь к ним, но часто чуть 'промазываю', и возникает близкий вопрос мысль цепляется за мысль. *** С чего началось? Когда зимой в Соединенных Штатах объявляют прогноз погоды, то, сообщая о температуре завтрашнего дня (по непривычной для нас шкале Фаренгейта), часто добавляют: 'А с учетом ветра температура будет...' и называют совсем пугающее значение. Конечно, мы хорошо знаем, что на ветру холоднее. Возникло два вопроса: Почему мы ощущаем на ветру воздух более холодным? Как оценить роль ветра в тепловых процессах? Итак, первый источник вопросов сводка синоптика (практически ежедневная). Второй источник связан с недавним полетом американского космического корабля многоразового использования для ремонта внеземного телескопа 'Хаббл'. Существование этого фантастического прибора на околоземной орбите столь интересно, что прислушиваешься ко всему, что сообщают о полете к нему. Среди сказанного было сообщение о том, что основные повреждения возникли из-за сложного теплового режима: телескоп то нагревается Солнцем, то охлаждается, когда попадает в тень Земли. В данном случае вопрос может быть строго сформулирован в виде задачи: 'Нагретая до определенной температуры (пусть T0 ) пластина толщиной 2d попадает в неосвещенную область космического пространства. Как быстро она охладится?'. Вокруг этих двух проблем крутились мои мысли. Но когда я решил, что хочу рассказать о своих размышлениях в журнале 'Квант', то понял: необходимо сначала 'отступить' и

поделиться с читателями тем, в каких терминах я размышлял, какими понятиями оперировал. *** Теплота, как вы, конечно, знаете, непростое явление. Теперь, когда атомное строение тел хорошо известно, под теплотой мы понимаем энергию хаотического движения атомных и субатомных частиц в теле. Чем интенсивнее они движутся, тем теплее больше теплоты. Мерой теплоты избрана температура. Мы будем обозначать ее буквой Т. Для нее выбрана специальная шкала измерений градусы (для физических целей наиболее удобны абсолютные градусы градусы Кельвина, К). Но делать это не обязательно, так как по своему смыслу температура близка средней энергии хаотического движения частиц (в расчете на одну частицу). (Так, средняя энергия поступательного движения частицы классического идеального газа равна = 3 2 kT , где k = 14 10 -23 Дж/К , постоянная Больцмана.) Температуру даже можно (но неудобно практически) измерять в энергетических единицах (например, в джоулях). Температура, как мера теплоты, выбрана необычайно удачно. В каждом теле тепловое движение свое (изза разного состава хотя бы). Одно тело не похоже на другое. Но, не задумываясь о том, как устроены тела, мы уверены: если первое тело имеет температуру более высокую, чем второе ( T1 > T2 ), то при их соприкосновении первое тело будет охлаждаться, а второе нагреваться до тех пор, пока их температуры не выровняются. При этом если тела разные, то энергии теплового движения в этих телах ('теплоты') будут различны. В случае когда тело нагрето неоднородно, в нем возникает поток тепла (поток энергии), направленный от горячей части тела к холодной. Поток стремится выровнять температуры. Удается это ему или нет, зависит от постановки задачи. На рисунках 1 и 2 схематически изображены две ситуации. В первом случае в конеч-

Иллюстрация А.Балдина