«Наука для школы и семьи. Часть I. Натурфилософия»

267. Диатоническая гамма. — Чтобы вы могли увидеть относительное число вибраций для каждой из нот, я приведу их для всей гаммы. Они следующие:

19/85/44/33/25/315/82 CDEFGABC.

Согласно этому, нота D имеет девять вибраций на каждые восемь вибраций C, E имеет пять на каждые четыре C и т. д., причем октава C имеет ровно вдвое большее число вибраций, чем основная нота C. Здесь выражена пропорция между числами вибраций в различных нотах. Предположим, вы знаете число вибраций в секунду, которое имеет C, основная нота, тогда вы можете легко вычислить число вибраций каждой из других нот. Это делается путем умножения числа, которое имеет C, на дроби над другими нотами. Так, если число вибраций в секунду в основной ноте равно 128, то с помощью этого процесса мы получим вибрации всех нот следующим образом:

CDEFGABC 128144160170192213240256.

На самом деле в так называемой диатонической гамме всего семь нот, восьмая нота, C, по сути является первой из семи других нот выше, имеющих отношения друг к другу, подобные отношениям нот ниже, и составляющих другую октаву. Таким образом, мы можем иметь несколько октав, одну над другой.

Интересно заметить, что пропорциональные длины струн, необходимые для получения восьми нот гаммы, имеют точное числовое отношение, но обратное отношению чисел вибраций. Так, если у вас есть восемь струн одинакового размера, их вибрирующие длины, необходимые для нот, следующие:

CDEFGABC 18/94/53/42/33/58/151/2.

Для нот октавы выше длины таковы:

CDEFGABC 1/24/92/53/81/33/104/151/4.

268. Унисон. — При настройке инструментов так, чтобы они гармонировали, результат достигается, когда соответствующие части инструментов имеют одинаковое число вибраций. Так, струна на одной скрипке, которая дает любую конкретную ноту, должна вибрировать ровно столько же раз в секунду, сколько струны, дающие ту же ноту на других скрипках, иначе она не будет в идеальном унисоне с ними. То же самое верно для других струн для других нот, а также для соответствующих частей всех видов инструментов, на которых нужно играть вместе. Когда при настройке инструментов вместе говорят, что струна скрипки, например, звучит слишком низко (flat), трудность заключается в том, что она вибрирует недостаточно быстро, и поэтому ее подтягивают, чтобы сделать ее звук достаточно высоким (sharp), как говорят, чтобы он был в унисоне со звуком соответствующих струн или частей других инструментов.

269. Тайны звука и слуха. — Существует много загадочного как в отношении звука, так и в том, каким образом он вызывает ощущение слуха. Я едва коснусь лишь двух из них. Эффект, или, скорее, цепь эффектов, приводящих к слуху, является чисто механическим, пока мы не доходим до слухового нерва, который разветвляется на мельчайшие фибриллы в слуховых залах внутреннего уха. Это просто серия вибраций. Теперь, как это происходит, что простое возбуждение жидкости, заключенной в твердой кости, может передать через тонкие белые волокна в мозг, а через него — в сознание, идею, которую мы имеем обо всех различных звуках, которые производятся, — это великая тайна. Все, что мы знаем, это то, что нерв является средством передачи, но о том, каким образом он выполняет свою функцию, мы не знаем абсолютно ничего. Далее, хотя достаточно загадочно, что эта информация может быть таким образом передана в сознание, когда один звук за другим передает свою вибрацию жидкости в ухе, тайна значительно усиливается, когда различные звуки приходят в ухо в одно и то же время. Чтобы получить четкое представление об очень сложном и удивительном характере процесса слуха в таком случае, мы предположим, что играет полный музыкальный оркестр, и в то же время с его звуками смешиваются различные другие звуки, некоторые из них, возможно, диссонирующие. Какое разнообразие вибраций мы имеем здесь! У нас есть медленные вибрации, производимые низкими нотами, и быстрые вибрации более высоких, все они движутся вместе через воздух к уху, и каждая сохраняет свой отличительный характер. И более того, после того как они прибывают в ухо, они передаются без изменений через барабанную перепонку, цепь косточек, второе ухо и жидкость, где находится нерв, так что правильный отчет о каждой из всех нот передается через нерв в сознание. Затем, если есть какой-либо диссонанс, его вибрация движется вместе с остальными, так же как и вибрации других звуков, таких как рев ветра, выстрел пушки и шум людей. И помимо всего этого, в множественности вибраций, передаваемых таким образом через так много различных веществ, сознание получает верный отчет о сравнительной громкости звуков и даже об их характере, так что звуки барабана, флейты, трубы и т. д. все точно различаются. В свете таких чудес насколько значим вопрос: «Насадивший ухо не услышит ли?»

ГЛАВА XIII. ТЕПЛОТА.

270. Теплота и холод. — В обычном языке мы говорим о теплоте и холоде как о двух различных и противоположных вещах. Что это не совсем верно, можно показать следующим экспериментом: Возьмите три сосуда и наполните первый ледяной водой, второй — горячей водой, а третий — теплой водой. Если вы поместите правую руку в первый, а левую — во второй, и дадите им побыть там некоторое время, то при вынимании и погружении их вместе в третий сосуд вода в нем покажется теплой для правой руки и холодной для левой. Так же воздух погреба кажется вам теплым зимой и холодным летом по контрасту с воздухом снаружи. По той же причине вода температуры, которая обычно была бы освежающе прохладной для нас, кажется теплой, когда ее пьют после поедания мороженого. Очевидно, следовательно, что нет фиксированной разделительной линии между теплотой и холодом. На самом деле нет такой вещи, как холод. Вещества холодны из-за того, что они лишены теплоты; и ни одно вещество никогда не теряет всю свою теплоту. Сэр Гемфри Дэви доказал, что в ледяной воде есть теплота, потирая два куска льда друг о друга в очень холодном помещении. Они постепенно растаяли. Теперь это было сделано не воздухом, ибо он был при температуре ниже точки замерзания. Теплота, которая растопила лед, исходила от самого льда посредством трения.

271. Природа теплоты. — Существует две теории относительно природы теплоты. Одна состоит в том, что теплота — это невесомый агент (§ 16) и, конечно, очень тонкая субстанция, которая пронизывает всю материю. Предполагается, что ее частицы сильно отталкиваются друг от друга, и поэтому они имеют тенденцию рассеиваться и отделять частицы материи друг от друга. Именно таким образом, как предполагается, они вызывают расширение веществ. Другое предположение, которое является наиболее общепринятым, состоит в том, что теплота — это вибрация частиц тел, и что она передается от них к менее теплым телам через тонкую жидкость, называемую эфиром, который, как предполагается, заполняет все пространство. Вы видите, что если это верная теория, то существует некоторая аналогия между теплотой и звуком.

Fig. 191.

272. Источники теплоты. — Главным из источников теплоты на нашей Земле является Солнце, хотя это тело находится в девяноста пяти миллионах миль от нас. Поскольку теплота, совершая весь этот долгий путь, становится все более и более рассеянной; или, другими словами, поскольку ее лучи на всем пути все больше и больше отделяются друг от друга, мы не можем иметь никакого представления о сконцентрированной теплоте, которая существует в самом Солнце. Мы можем, однако, приблизиться к этой идее, наблюдая эффекты теплоты, когда некоторые из ее разделенных лучей собираются в точку мощной линзой, как показано на рис. 191. Линза, которая концентрировала теплоту в десять тысяч раз, расплавила платину, золото, кварц и т. д. за несколько секунд. А поскольку теплота на Солнце, как предполагается, в тридцать раз более концентрирована, чем эта, ни одно из самых твердых веществ нашей Земли не осталось бы твердым, если бы они были там, но некоторые из них были бы жидкими, а другие даже в состоянии пара. Теплота, которую Солнце постоянно излучает на Землю, пронизывает все вещества, вызывая движение и пробуждая жизнь повсюду, так что, выражаясь словами Библии: «Нет ничего, что укрылось бы от теплоты ее».

Другой источник теплоты находится внутри самой Земли. Было обнаружено, что по мере того, как мы спускаемся вглубь Земли, происходит постоянное повышение температуры, чем дальше мы идем. Эта внутренняя теплота частично приписывается подземным пожарам и различным химическим действиям. Мы видим здесь и там внешние свидетельства действия этих причин в извержениях вулканов, кипящих источниках, струях пара и сернистых испарениях и т. д. Но то, что теплота в нашей Земле, которая исходит из этих подземных источников, мала по сравнению с той, которая исходит от Солнца, видно из того факта, что скорость повышения теплоты на больших глубинах намного меньше, чем ближе к поверхности. Это, по-видимому, показывает, что, хотя пожары внутри Земли могут оказывать значительное влияние на нагревание ее коры, на которой мы живем, она получает большую часть своей теплоты от Солнца, по крайней мере до очень большой глубины.

Насколько велик источник теплоты электричество, мы не знаем, но то, что значительная теплота исходит из этого источника, очевидно из плавящего и обжигающего эффекта, который мы часто видим в результате прохождения электрического флюида.

Другим очень распространенным источником теплоты является химическое действие. Мы видим, как она постоянно производится в химических экспериментах. Горение, которое, как будет показано вам во второй части этой серии, является не чем иным, как примером химического действия, является самым распространенным из всех химических источников теплоты. Животная теплота также по большей части является результатом химического действия.

Механическое действие является распространенным источником теплоты. Трение спички, производящее достаточно теплоты, чтобы вызвать пламя, является знакомым примером. Искра, производимая при так называемом высекании огня, — это горение частицы стали, подожженной ударом. Индеец привык зажигать свой огонь трением двух сухих палок, пока не научился более легкому способу у цивилизованных соседей; а кузнец до изобретения фосфорных спичек часто зажигал свой огонь, касаясь серной спичкой гвоздя, раскаленного докрасна быстрым и продолжительным кованием. Механизмы иногда загорались от трения, а вода вокруг массы металла нагревалась при сверлении настолько, что даже закипала. Если вы растянете кусок индийской резины несколько раз подряд, а затем приложите его к губам, вы заметите, что движение согрело его.

273. Отношения теплоты и света. — Теплота иногда бывает одна, а иногда находится в тесном союзе со светом. Все вещества имеют некоторое количество теплоты, и она переходит от них к другим телам в их окрестностях, которые случайно имеют в себе меньше теплоты. При этом она может сопровождаться светом, а может и нет. При излучении теплоты от печи, если она не нагрета докрасна, нет света вместе с теплотой; но от открытого горящего огня свет и теплота исходят вместе. Но лучи Солнца дают нам лучший пример союза света и теплоты. Двигаясь вместе с равной скоростью, они самым любопытным образом смешаны, как вы увидите, когда я буду говорить конкретно о свете.

Теперь я перейду к рассмотрению основных эффектов теплоты, а именно: расширения, сжижения и испарения.

Fig. 192.

274. Расширение в твердых телах. — Теплота, как вы видели в § 23, действует в противовес силе сцепления, стремясь разделить частицы, и тем самым вызывает расширение любого вещества. Это можно проиллюстрировать экспериментом, представленным на рис. 192, в котором A B — железный стержень, имеющий такой размер, что при обычной температуре он входит в пространство C D в железном бруске и легко проходит через отверстие E. Если стержень нагреть, он увеличится или расширится во всех направлениях, так что он не войдет ни в C D, ни в отверстие E. Когда колесник надевает шину на колесо, он использует расширение от теплоты, чтобы она сидела плотно и прочно. Шина делается немного меньше, чтобы она плотно сидела на колесе в обычном состоянии. Но при нагревании она расширяется настолько, что легко надевается на колесо, а затем, сжимаясь при остывании, так сильно сжимает ободья, что держится очень крепко. Воду льют, чтобы быстро охладить железо и тем самым предотвратить обгорание дерева. Железные обручи надеваются на бочки подобным образом, сжатие, вызванное их сокращением, очень сильно связывает клепки. Так, при скреплении пластин котлов заклепки вставляются раскаленными докрасна, чтобы при сжатии они могли плотно прижать пластины друг к другу. Если железные ворота едва закрываются на своем месте в холодную погоду, их расширение помешает им закрыться, когда наступит теплая погода. Чтобы избежать этой трудности, при установке их на место необходимо сделать расчет на расширение, которому они будут подвергаться от теплоты. Так, при укладке рельсов железной дороги в холодную погоду нужно следить за тем, чтобы не ставить концы слишком близко друг к другу. При строительстве железных мостов расширение от теплоты должно быть рассчитано в конструкции. Гвозди часто становятся свободными по прошествии лет из-за износа дерева вокруг них, вызванного их попеременным расширением и сжатием. Утечка газовых труб в земле, несомненно, часто вызывается ослаблением соединений из-за сжатия и расширения труб при изменяющихся температурах почвы, особенно там, где они проложены не очень глубоко. Если пробка застряла в бутылке, ее можно ослабить, приложив вокруг горлышка ткань, смоченную в горячей воде, потому что горлышко сразу расширяется от теплоты. Подобный прием был однажды очень изобретательно использован при ремонте механизмов парохода «Персия» в море и, возможно, стал средством спасения судна и жизней всех, кто был на борту. Произошедшая авария заключалась в поломке левого пальца кривошипа двигателя. Проблема, которую нужно было решить, заключалась в удалении этого пальца, который весил почти тонну, и замене его на исправный, который у них был под рукой. Но оказалось невозможным сдвинуть сломанный палец с его гнезда со всей силой, которую можно было приложить к нему с помощью своего рода тарана, сконструированного экспромтом для этой цели. Теперь было решено попробовать расширяющую силу теплоты. Под гнездом была построена железная платформа, и на ней был разведен сильный огонь. Гнездо вскоре расширилось, и палец был легко выбит тараном, точно так же, как пробка бутылки легко удаляется, когда горлышко нагревается. Стены очень большого здания в Париже, которые выпятились и находились под угрозой обрушения, были возвращены в вертикальное положение расширением от теплоты.

Fig. 193.

Это было сделано следующим образом: длинные железные стержни были пропущены сквозь стены по плану, представленному на рис. 193 (стр. 213), их концы были сделаны с винтовой резьбой, с навинченными на них гайками. Стержни, отмеченные a, сначала нагревались, и по мере их удлинения гайки плотно завинчивались к стенам. При остывании их сжатие, конечно, стягивало стены вместе. Другие стержни, b, теперь нагревались и обрабатывались таким же образом. Один комплект, видите ли, удерживался своими гайками на том, что уже было достигнуто, в то время как другой расширялся. Путем многих повторений этого процесса стены были выправлены, а здание спасено. Тот же метод был успешно применен в других случаях подобного характера.

275. Расширение в жидкостях. — Жидкости расширяются от теплоты больше, чем твердые тела. Но они расширяются от нее очень неравномерно. Так, вода расширяется более чем в два раза больше, чем ртуть, а спирт — в шесть раз больше. У нас есть частый пример расширения воды от теплоты на наших кухнях. Если чайник поставить на огонь, наполнив его до краев, он перельется через край задолго до того, как вода начнет кипеть. Все жидкости занимают больше места летом, чем зимой, и в первом случае весят меньше — то есть имеют в себе меньше реального вещества, чем во втором. Поэтому, если спирт, или масло, или патоку покупать галлонами зимой и продавать летом, расширение даст прибыль. Двадцать галлонов спирта зимой превращаются в двадцать один в середине лета.

Fig. 194.

Влияние расширения от теплоты на удельный вес жидкостей можно очень красиво показать следующим экспериментом: Пусть несколько маленьких кусочков янтаря — вещества, которое имеет почти такой же удельный вес, как вода, — будут брошены в воду в стеклянном сосуде, и пусть вода нагревается, как показано на рис. 194, спиртовой лампой. Та часть воды, которая нагревается, поднимается вверх, потому что она становится удельно легче, а более холодная вода постоянно опускается вниз, чтобы занять ее место. Восходящие и нисходящие токи показаны стрелками, восходящие проходят посередине, нисходящие опускаются по бокам. Это станет очевидным благодаря маленьким кусочкам янтаря.

276. Термометры. — Именно расширение жидкостей от теплоты в термометре дает нам меру температуры. Жидкий металл ртуть обычно используется для этой цели и хорошо подходит, за исключением экстремального холода арктических регионов. Там, поскольку ртуть становится твердой при 39 градусах ниже нуля, необходимо использовать термометр со спиртом, так как эта жидкость не может быть заморожена никакой степенью холода. Работа термометра проста: теплота расширяет жидкость в колбе, и единственный способ, которым она может занять больше места при расширении, — это подняться в трубке. Удаление теплоты, с другой стороны, вызывает сжатие и, конечно, пропорциональное опускание жидкости.

Fig. 195.

277. Термометр Фаренгейта. — Термометр был изобретен в начале семнадцатого века, но не решено, кто был изобретателем. В этом случае, как и в других, могло быть более одного изобретателя, так как одни и те же идеи, возможно, приходили в несколько пытливых умов одновременно. Различные жидкости использовались разными людьми. Сэр Исаак Ньютон использовал льняное масло. Фаренгейт, уроженец Гамбурга, процветавший в первой части прошлого века, был первым, кто использовал ртуть. Хотя Ньютоном и другими были сделаны различные предложения относительно измерения теплоты с помощью термометров, никакая термометрическая шкала, по-видимому, не получила всеобщего признания до шкалы Фаренгейта, которая была выдвинута около 1720 года. План ее таков: его ноль — это точка, при которой ртуть стояла в самой холодной смеси для замораживания, которую он мог сделать; и он предполагал, что это была максимально возможная степень холода, так как это была самая большая, которую он знал. Затем он нашел точку, при которой ртуть стояла в тающем льду. Это он назвал точкой замерзания, потому что температура одинакова как в воде, переходящей в твердое состояние из жидкого, так и в воде, переходящей в жидкое состояние из твердого. Другими словами, эта точка на шкале отмечает линию перехода между двумя состояниями. От этой точки Фаренгейт отложил 32 равных деления или градуса вниз до нуля. Теперь он нашел точку, при которой ртуть стоит в кипящей воде, и назвал это точкой кипения. Отмечая пространство на шкале между этим и точкой замерзания таким же образом, получаем 180 градусов — то есть точка кипения находится на 212 градусов выше нуля. Градусы выше нуля обычно обозначаются знаком +, плюс; а те, что ниже, — знаком -, минус. Таким образом, +32° означает 32 градуса выше нуля, а -32° означает 32 градуса ниже.

278. Другие термометры. — Термометр Фаренгейта — это тот, который обычно используется в этой стране. Но есть несколько других термометров с разными шкалами, таких как Цельсия, Реомюра и Делиля. На рис. 195 вы видите планы шкал этих термометров, расположенных бок о бок. В термометре Цельсия, который используется во Франции и, действительно, в большой части Европы, ноль, как вы видите, помещен в точке замерзания; а пространство между этим и точкой кипения разделено на 100 градусов, что и дает ему название Цельсия. У Реомюра, который используется в России, тот же ноль, но у него всего 80 градусов от него до точки кипения. У Делиля, который полностью вышел из употребления, ноль находится в точке кипения. Устройство Фаренгейта, хотя его ноль — это просто произвольная точка, в целом является лучшим, потому что его градусы такого размера, что они отмечают различия температуры с достаточной точностью для всех практических целей обычного характера, не прибегая к дробным частям.

Fig. 196.

279. Расширение в аэриформных веществах. — Теплота производит значительно больший расширяющий эффект в воздухе, газах и парах, чем в жидкостях. Расширение воздуха от теплоты можно очень красиво показать следующим образом: Возьмите стеклянную трубку, имеющую колбу на одном конце, и, поместив другой открытый конец в воду (как показано на рис. 196), приложите ладонь к колбе. Теплота руки, передаваемая колбе, расширит воздух, и поэтому, как вы видите, пузырьки воздуха будут выходить через воду. Убрав руку и дав колбе остыть, воздух в ней сконденсируется, и вода поднимется в трубке пропорционально количеству воздуха, который вышел. Пузырь, частично наполненный воздухом, раздуется до полноты, если его достаточно нагреть, а полный пузырь может быть нагрет настолько, что лопнет от расширения воздуха. Пористая древесина, как каштан, сильно трещит при горении, потому что теплота расширяет воздух, содержащийся в порах.

280. Воздушные шары. — Первые воздушные шары, которые использовались, были наполнены нагретым воздухом. Вы уже видели в § 149, почему воздушные шары поднимаются. Теперь в воздушном шаре с горячим воздухом именно расширение воздуха от теплоты делает его легче окружающего воздуха. Конечно, такой шар не так эффективен, как газовый шар, ибо воздух внутри него теряет свою сравнительную легкость по мере остывания; в то время как газ, который используется, будучи намного легче воздуха при той же температуре, не теряет своей легкости по мере подъема шара. Вы узнали в § 152, что атмосфера становится тоньше по мере того, как мы поднимаемся вверх. Поэтому газовый шар поднимается до тех пор, пока не достигнет той точки, где воздух имеет примерно такой же удельный вес, как газ, и там он останавливается. Его заставляют спуститься, выпуская часть газа через клапан. Газ не использовался для воздушных шаров до 1782 года. Сначала использовался водород, будучи более чем в четырнадцать раз легче воздуха. В последнее время обычно используется обычный горючий газ, карбюрированный водород, потому что его можно так легко получить там, где есть газовые заводы.

Fig. 197.

281. Токи в воздухе от теплоты. — Теплота — великий двигатель атмосферы. Любая ее часть, которая становится теплее окружающих частей, поднимается, или, скорее, выталкивается вверх, по той же причине, по которой поднимается воздушный шар с горячим воздухом, единственная разница между двумя случаями заключается в том, что в одном воздух ограничен, а в другом оставлен свободным и поэтому рассеивается. И именно это поднятие воздуха от расширения вызывает почти все движения, которые мы наблюдаем в воздухе. Мы видим это на примере различных способов, где бы ни был огонь. Воздух, который нагревается огнем, выталкивается вверх более холодным воздухом, который, согласно принципам удельного веса, стремится оказаться под более теплым и легким воздухом. Горячий воздух, который проходит через регистры печи, выталкивается вверх более холодным воздухом снизу. По той же причине нагретый воздух вокруг печной трубы постоянно идет вверх. Это очень красиво показано игрушкой, представленной на рис. 197 (стр. 218), которая представляет собой бумагу, разрезанную по спирали и подвешенную, как вы видите, на острие проволоки. Восходящий ток заставляет бумагу быстро вращаться вокруг проволоки. Именно из-за поднятия теплого воздуха галереи церкви теплее, чем пространство внизу. В обычной комнате расположение воздуха постоянно таково, что его самые теплые части находятся вверху, а более холодные — внизу. Именно по этой причине у нас есть наши приспособления для производства или введения теплоты в как можно более низкой точке.

282. Дымоходы. — Мы говорим о тяге дымохода и говорим о том, который не дымит, что он хорошо тянет, как если бы дым каким-то образом действительно втягивался вверх. Но здесь применимы те же принципы, что и в § 281. Дым, который представляет собой комбинацию нагретого воздуха и газов с некоторыми твердыми веществами в мелком состоянии, выталкивается вверх по дымоходу. Когда дымоход тянет плохо, мы открываем дверь или окно на некоторое время, пока огонь не разгорится как следует. Почему это так? Это для того, чтобы у нас был более плотный воздух, чем в комнате, чтобы дым мог выталкиваться более сильно. Когда дымоход хорошо нагревается, обычно нет никаких трудностей, потому что тогда дым в нем не обязан отдавать много своей теплоты стенкам дымохода и поэтому настолько легче воздуха в комнате, что очень легко выталкивается вверх. Основная причина, по которой печная труба обычно тянет лучше, чем дымоход, заключается в том, что гораздо меньше теплоты расходуется на установление и поддержание восходящего тока. Особенно это верно, если дымоход большой. В таком случае есть как большая площадь кирпича, так и большой объем воздуха, которые нужно нагреть, чтобы установить восходящий ток, и их нужно поддерживать в тепле, чтобы поддерживать его.

Fig. 198.

Fig. 199.

283. Ветры. — Если вы откроете дверь нагретой комнаты, пламя свечи, поднесенной к полу, будет задуваться внутрь, в то время как пламя свечи, поднесенной к верху двери, будет задуваться в сторону холодного входа. Здесь у вас есть хорошая иллюстрация того, как производятся ветры. Везде, где дует ветер, это воздух, выталкивающий с пути другой воздух, который теплее, чтобы он мог, в соответствии с гравитацией, оказаться как можно ближе к земле. Возьмем, например, так называемые береговые и морские бризы. В течение жаркого летнего дня Солнце сильно нагревает землю, в то время как океан получает лишь малую часть его теплоты. Нагретая земля нагревает воздух над ней; и поскольку воздух над океаном прохладнее и, следовательно, тяжелее, он выталкивает вверх воздух земли по той же причине, по которой вода выталкивает масло; и поскольку это происходит непрерывно, устанавливается регулярный ток. Ветер дует на сушу, как показано на рис. 198, в то время как более теплый воздух проходит вверх в более высокие слои атмосферы и поворачивает к морю. Стрелки показывают направление токов. Сходство всего этого с эффектом на свечу, поднесенную к открытой двери, очень очевидно: холодный воздух из входа, вдуваемый снизу, представляет бриз с океана, а теплый воздух комнаты, выдуваемый сверху, представляет прохождение теплого воздуха земли наружу к океану. Ночью это обычно меняется на противоположное. Земля остывает, а вместе с ней и воздух, который находится над ней. Результат заключается в том, что охлажденный воздух земли теперь выталкивает вверх более теплый воздух моря, как видно на рис. 199.

Fig. 200.

Fig. 201.

284. Ветры, на которые влияет вращение Земли. — Теплота вертикального Солнца над тропиками вызывает подъем нагретого воздуха в верхние слои, в то время как происходит приток более холодного воздуха к экватору как с севера, так и с юга. Этот эффект представлен на рис. 200 (стр. 221), где E — Солнце, N — северный полюс, а S — южный полюс. Эффект, подобный представленному на рис. 198 и 199, производится здесь, но в гораздо большем масштабе. Но диаграмма не представляет дело в истинном свете во всех отношениях. Преобладающие ветры в экваториальных регионах — это не северные и южные ветры, как могло бы показаться из этой диаграммы; но они северо-восточные и юго-восточные. Я объясню это с помощью рис. 201. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, ясно, что нет такой части поверхности Земли, которая движется так быстро, как экватор, E W, ибо он движется по большему кругу, чем любая другая часть. И чем ближе вы идете к любому полюсу, N или S, тем меньше быстрота вращения. Теперь атмосфера, как сказано в § 188, участвует в движении Земли. Поэтому воздух на экваторе движется с запада на восток вместе с вращением Земли быстрее, чем где-либо еще, и чем ближе вы идете к любому полюсу, тем медленнее его движение. Из этого следует, что любая часть воздуха, дующая с севера или юга к экватору, поскольку она приходит оттуда, где она двигалась на восток медленнее, чем воздух на экваторе, из-за своего меньшего импульса отставала бы от воздуха экватора, ветер искривлялся бы к западу, как показано стрелками. Результат был бы таким, что северный ветер превратился бы в северо-восточный, а южный — в юго-восточный. Все это можно сделать более ясным с помощью глобуса или, действительно, с помощью любого круглого объекта.

285. Сжижение. — Изменение твердых тел в жидкости — один из наиболее заметных эффектов теплоты. Это изменение требует различных степеней теплоты в различных веществах. Так, в то время как железо плавится при высокой теплоте 2786°, свинец плавится при 633°, сера при 239°, лед при 32°, а ртуть при 39° ниже нуля. Ртуть никогда не встречается в твердом состоянии, но иногда она становится твердой в арктических регионах, когда ее приносят туда и оставляют на открытом воздухе. Мы склонны думать о воде как о находящейся в более естественном состоянии, когда она жидкая, чем когда она твердая, точно так же, как мы думаем о железе как о естественно твердом, а о ртути как о естественно жидкой. Но во всех этих случаях состояние вещества зависит от его температуры, и она варьируется в зависимости от обстоятельств. Вода на экваторе всегда жидкая, и идея льда там чрезвычайно неестественна; в то время как около полюсов все наоборот, лед и снег царят повсюду в течение всего года.

286. Испарение. — Существует два способа, которыми происходит изменение жидкости в пар. Один — это быстрое изменение, когда теплота применяется таким образом, чтобы довести жидкость до точки кипения. Это обычно называется вапоризацией. Другой способ — это обычное постепенное испарение, которое происходит с поверхности жидкости. Этот процесс идет непрерывно, не требуя никакой определенной степени теплоты, но происходя при всех степенях температуры жидкости. Его быстрота, однако, пропорциональна степени теплоты, что можно увидеть по подъему пара от воды, которая нагревается, задолго до того, как она начинает кипеть. То же самое можно увидеть и ясным летним утром, когда теплота Солнца заставляет влагу, собранную от дождя или росы, подниматься с заборов, досок и крыш так обильно, что она видна как дым.

287. Растворение воды в воздухе. — Испарение постоянно происходит с каждой влажной поверхности, за исключением случаев, когда воздух настолько нагружен влагой, что не может принять больше. Пар обычно не виден, частицы воды тихо поднимаются вверх среди частиц воздуха, растворяясь в воздухе точно так же, как некоторые твердые тела растворяются в воде. Он становится видимым только тогда, когда его поднимается так много, что растворение воды в воздухе не происходит легко. Готовность, с которой происходит растворение, во многом зависит от температуры атмосферы. Некоторые очень распространенные явления иллюстрируют это. В очень холодный день дыхание животных, выходящее изо рта, кажется нагруженным влагой. Почему? Это не потому, что в нем больше влаги, чем в теплую погоду, а потому, что холодный воздух не может удерживать в растворе столько воды, сколько может теплый воздух. То же объяснение применимо к дымлению влажных заборов и крыш на солнце летним утром. Влага нагревается Солнцем, но воздух, еще не ставший очень теплым, не может легко растворить всю влагу, которая поднимается. Это явление не склонно происходить, когда жаркое солнце светит после ливня в полдень или во второй половине дня, потому что тогда воздух достаточно теплый, чтобы принять всю влагу, которая посылается в него.

Как вода, будучи тяжелее воздуха, поднимается в атмосфере — это тайна. Некоторые предполагали, что это происходит из-за своего рода сродства, существующего между водой и воздухом. Но в противовес этому выступает тот факт, что испарение происходит быстрее под откачанным приемником воздушного насоса, где почти нет воздуха, чем там, где оно свободно подвергается воздействию атмосферы.

288. Облака. — Вода, которая поднимается в воздух при испарении, по-разному распределяется. Часть ее оседает в виде росы или инея. Часть ее образует туман. Часть ее также поднимается высоко вверх и образует облака, которые на самом деле являются скоплениями тумана, образовавшимися высоко в воздухе. В тумане и в облаках вода, которая при испарении невидима, становится видимой. Давайте посмотрим, как это происходит. В чистом воздухе всегда есть больше или меньше воды, но частицы настолько мелко разделены и так тщательно смешаны с частицами воздуха, что их нельзя увидеть. Но в тумане или облаке частицы воды собраны вместе в маленькие компании, как мы можем выразиться. И предполагается, некоторые думают, что установлено, что каждая из этих компаний частиц является шарообразной и полой. Если так, то мы можем рассматривать каждое облако как огромное скопление крошечных пузырьков или воздушных шаров, несущихся по воздуху.

Fig. 202.

Fig. 203.

289. Формы облаков. — Облака имеют очень большое разнообразие форм, причины которых по большей части не поняты. Они обычно делятся на четыре класса: перистые, кучевые, слоистые и слоисто-дождевые. Перистые облака представлены на рис. 202 (стр. 225). Это легкое, пушистое облако, имеющее изящные изгибы, похожие на локоны, отсюда и его название, которое является латинским словом для локона. Такие облака обычно находятся очень высоко в воздухе. Кучевые (латинское слово для кучи) вы видите на рис. 203 (стр. 225). Облака, принимающие эту форму, выглядят как кучи, закругленные вверх, и часто кажутся похожими на горы снега, когда они освещены Солнцем. Мы видим такие облака в основном летом. Слоистые (латинское слово для покрытия) видны на том же рисунке под кучевыми. Облака этой формы лежат низко на горизонте, растянутые, как простыня. Они часто образуются в последней части дня и увеличиваются ночью, но восходящее Солнце рассеивает их. Слоисто-дождевые, или дождевые облака, представлены на рис. 204 (стр. 226). Они имеют однородный серый или темный цвет. Мы часто имеем две формы облаков, смешанные вместе. Так, на рис. 205 (стр. 226) мы имеем смесь слоистых и перистых, называемую перисто-слоистыми. Это обычно называют «макрелевым небом», и это довольно верный прогностик дождя. Затем у нас есть перисто-кучевые, рис. 206 (стр. 227), и кучево-слоистые, рис. 207 (стр. 227).

Fig. 204.

Fig. 205.

Вода собирается в облака, несомненно, частично, по крайней мере, под влиянием притяжения. Но каковы обстоятельства, которые придают им все эти различные формы, мы не знаем. Каковы бы они ни были, они иногда действуют очень широко, придавая схожую форму всем облакам, которые покрывают всю арку небес; а в другое время они действуют по-разному в разных местностях, производя разные формы, иногда даже в близком соседстве друг с другом. Иногда край облака неровный, или изогнутый, или перистый; а в других случаях это четко определенная линия, растянутая вдоль большой части горизонта. Во всех этих случаях мы имеем только различные расположения одного и того же — скопления пузырьков воды, содержащих воздух, который делается легче воздуха вне облака с помощью средств, о которых я буду говорить в другой части этой главы.

Fig. 206.

Fig. 207.

Fig. 208.

290. Дождь, снег и град. — Когда идет дождь, пузырьки или крошечные пузырьки, из которых состоят облака, разрушаются, и каждая капля дождя содержит воду, которая пришла от множества этих пузырьков. Но давайте посмотрим точно, как этот результат производится. Дождь происходит от сжатия облаков холодом. Холодный ток воздуха, вступая в контакт с облаком, сконденсирует его пузырьки в капли, и они, конечно, упадут. Тот же результат происходит, если облако проходит в холодный слой воздуха. Но давайте посмотрим на процесс более детально. Давайте посмотрим, каков эффект холода на пузырьки. Первый эффект можно прояснить рис. 208. Если пузырек сжат под влиянием холода, вода его стенки становится толще, произойдет ее собирание под действием гравитации в нижней части, как представлено пунктирной линией. Вы часто видите подобный эффект в мыльном пузыре. Он поднимается, наполненный теплым воздухом из ваших легких, и по мере того, как он поднимается, он сжимается более холодным воздухом, который находится вокруг него. Это сжатие заставляет воду свисать вниз с его дна. И поскольку мыльный пузырь в конце концов, возможно, лопается в воздухе от веса этой воды, так происходит и с пузырьками в облаке. И многие из них, соединенные вместе притяжением, образуют каплю. Когда холод достаточно силен, он заставляет воду разорванных пузырьков облака расположиться в снежные кристаллы вместо капель. И когда холод действует с большой быстротой на облако, он сжимает частицы воды вместе так внезапно, что нет времени для кристаллического расположения, и образуется град.

291. Вапоризация. — Производство пара путем кипения отличается в некоторых отношениях от тихого испарения. Здесь жидкость нагревается до своей точки кипения, и образование пара не ограничивается поверхностью. В воде точка кипения составляет 212°, но она более или менее варьируется от этого в других жидкостях. Так, точка кипения спирта составляет 173°, эфира 95°, скипидарного масла 568°, а ртути 652°.

Fig. 209.

292. Влияние давления на образование пара. — Давление сдерживает производство пара, независимо от того, образуется ли он путем испарения или вапоризации. Мы знаем из экспериментов с воздушным насосом, что чем меньше давление воздуха на поверхность жидкости, тем быстрее будет идти испарение из нее. Я уже говорил о влиянии давления на кипение жидкостей в § 171. Я приведу здесь несколько дополнительных иллюстраций. Эфир кипит, когда он нагрет до 95°, на три градуса ниже теплоты крови в наших телах. Если мы поместим немного его в сосуд под приемник воздушного насоса, путем откачки воздуха мы можем так снять давление, что эфир будет кипеть при обычной температуре воздуха в комнате. Сдерживание давления при кипении очень поразительно показано в дигестере, рис. 209. Это сильный котел, a, частично наполненный водой. Термометр, d, прикреплен к нему так, чтобы указывать теплоту воды. Есть также трубка, c, простирающаяся почти до дна котла в небольшое количество ртути, которая там находится. Пусть теперь котел нагревается, пока вода не закипит, воздух при этом выходит через запорный кран, b. Если запорный кран закрыть и мы продолжим применять теплоту, мы можем поднять воду до очень высокой температуры, не доводя ее до кипения вообще, из-за давления конденсированного пара на ее поверхность. Аппарат, несколько похожий на этот план, называемый дигестером Папена, иногда использовался при приготовлении пищи. Большая теплота, до которой вода может быть таким образом поднята, заставляет ее извлекать питательное вещество из костей и хрящей, предоставляя материал для супа из того, что обычно выбрасывается. Чтобы обезопасить от опасности взрыва, предусмотрен предохранительный клапан, имеющий груз на нем, который будет держать его закрытым, пока не накопится определенное количество давления, а затем он принудительно открывается, выпуская часть пара.

293. Пар. — Облако пара, так называемое, которое вы так часто видите выходящим из локомотива, на самом деле не является паром. Пар прозрачен и невидим. Вы можете увидеть, что это так, если понаблюдаете за ним, выходящим из носика чайника. Только после того, как он отходит на дюйм или более от носика, он становится видимым, и тогда он на самом деле превращается из пара в воду под конденсирующим влиянием холодного воздуха. И вода в облаке, таким образом образованном, вероятно, находится в том же состоянии, что и вода в облаках выше, как описано в § 288.

Fig. 210.

294. Паровая машина. — Как сжатый или конденсированный воздух обладает большой силой благодаря своей упругости, что видно на примере пневматического ружья (§ 164), так же ею обладает и конденсированный пар. Именно конденсированный пар, стремящийся расшириться пропорционально степени своего сжатия, составляет движущую силу паровой машины. Пар генерируется в котле, который, подобно котлу автоклава Папена, имеет клапан с прикрепленным к нему грузом. Этот клапан называется предохранительным, потому что, когда пар достигает определенной степени сжатия, он приподнимает клапан, и часть пара выходит наружу, что предотвращает повышение давления, которое могло бы привести к взрыву. Сила расширения пара в котле оценивается в фунтах по весу груза на клапане, отсюда и пошло обычное выражение «столько-то фунтов давления пара». Но котел — это лишь генератор пара, и остается показать, как пар используется для приведения в движение механизмов. Это достигается путем пропускания пара из котла в цилиндр, где он своей силой расширения перемещает поршень вперед и назад. То, как это происходит, можно прояснить с помощью схемы, рис. 210 (стр. 231). Пусть e — поршень в цилиндре f, который имеет четыре отверстия: a, b, c и d. Все они снабжены клапанами. Пар подается из котла в цилиндр через a и c, а выходит через b и d. Предположим теперь, что поршень находится в нижней части цилиндра, как показано на рисунке. Клапан a открывается, чтобы пар мог войти и подтолкнуть поршень вверх, а клапан b закрывается, чтобы пар не выходил. В то же время, чтобы снять давление с верхней поверхности поршня, открывается клапан d, чтобы пар мог выйти, а клапан c закрывается, чтобы пар не входил. Когда поршень должен быть принудительно опущен вниз, все происходит наоборот: c открывается для впуска пара, d закрывается, чтобы предотвратить его выход; а внизу открывается b, чтобы выпустить пар, и a закрывается, чтобы предотвратить его вход. Это устройство того, что называется машиной высокого давления. Машина низкого давления отличается тем, что пар при выходе из цилиндра попадает в воду для конденсации. Последняя требует меньшего давления пара для работы и поэтому является более безопасной. Мне не нужно останавливаться на объяснении того, как движение поршня заставляет работать различные виды механизмов, тем более что примеры этого можно увидеть повсюду.

295. Передача тепла. — Тепло имеет постоянную тенденцию к равновесию. Поэтому, если какое-либо теплое вещество находится по соседству с менее нагретым, происходит поток тепла от первого ко второму. Эта передача тепла происходит тремя различными способами, называемыми конвекцией, теплопроводностью и излучением. Я расскажу о каждом из них отдельно.

296. Конвекция. — Этот способ распространения тепла действует в тех веществах, частицы которых подвижны относительно друг друга, а именно в жидкостях и газообразных веществах. Я уже упоминал примеры этого способа, говоря о движениях, которые тепло вызывает в этих веществах. Тепло перемещается вместе с частицами, которые движутся, или переносится вместе с ними, отсюда и термин «конвекция». При этом движении нагретые частицы всегда поднимаются вверх по причине, указанной в § 275. Из множества примеров конвекции я приведу лишь несколько.

В восходящем потоке вокруг дымоходной трубы вы имеете пример конвекции: тепло, выделяемое печью, переносится вверх частицами этого потока. Поскольку это так, тепло печи не оказывает никакого влияния на воздух под ней посредством конвекции, хотя и оказывает посредством излучения, как вы скоро увидите. Любая горячая жидкость остывает главным образом за счет конвекции. Воздух, соприкасаясь с ней, забирает часть тепла и поднимается, а на его место приходит другой воздух, чтобы также нагреться, и так далее, пока жидкость не достигнет температуры воздуха, после чего воздушные потоки прекращаются. Жидкость остывает быстрее при помешивании, потому что воздух приводится в соприкосновение с большей площадью поверхности, и поэтому тепло отводится быстрее. Результат один и тот же, нарушаем ли мы поверхность помешиванием или дуя на нее. В последнем случае, однако, эффект усиливается за счет того, что воздух быстрее воздействует на взволнованную поверхность. Так и при обмахивании веером: именно более быстрое воздействие воздуха на поверхность тела вызывает более быструю конвекцию тепла от него. Каждый, должно быть, замечал, что гречневая лепешка остывает гораздо быстрее, чем лепешка из пшеничной или рисовой муки. Это потому, что у нее так много пор и мелких выступов, и поэтому она представляет гораздо большую площадь поверхности для теплопроводящего воздуха, чем более гладкие и плотные лепешки. Вязкие жидкости, такие как патока, масло и т. д., при нагревании остывают не так легко, как вода, потому что их частицы менее подвижны, и поэтому тепло не переносится вверх так быстро, чтобы быть отданным воздуху.

Fig. 211.

297. Теплопроводность. — При этом способе распространения тепло проходит сквозь частицы веществ или между ними. Например, если один конец железного стержня держать в огне, тепло распространяется сквозь частицы или между ними к другому концу. Постепенное продвижение тепла можно увидеть с помощью следующего простого эксперимента: возьмите железный стержень и прикрепите к нему, как показано на рис. 211, несколько маленьких деревянных шариков с помощью воска. При нагревании одного конца лампой шарики будут падать один за другим, по мере того как тепло, проходя вдоль стержня, расплавляет воск, который их удерживает.

Fig. 212.

298. Проводники и непроводники. — Тепло проводится через одни вещества быстрее, чем через другие. В этом отношении существует большое разнообразие. Значительная разница наблюдается даже среди тех, которые считаются хорошими проводниками, что показано экспериментом, представленным на рис. 212. Здесь конусы одинакового размера из семи различных веществ — меди, железа, цинка, олова, свинца, мрамора и кирпича — все покрыты сверху небольшим количеством воска и помещены на печь. Воск расплавится на медном конусе первым, показывая, что это лучший проводник из всех; а на кирпичном — последним, показывая, что это самый плохой проводник. Проводящие способности остальных соответствуют порядку, в котором я их перечислил.

Вещества, которые позволяют теплу проходить через них очень медленно, называются непроводниками. Этот термин, хотя и удобен, не является строго правильным, ибо нет таких веществ, которые не проводили бы тепло в некоторой степени. Дерево — один из таких плохих проводников, поэтому деревянные ручки ставятся на различные инструменты и сосуды, используемые при работе с огнем, такие как паяльники жестянщика, металлический чайник и т. д. Поскольку ткань является непроводником, прихватка используется при снятии чайника с огня и при использовании утюга. Стекло — настолько плохой проводник, что если вы будете держать его стержень или трубку над пламенем спиртовой лампы или газовой горелки и нагреете даже докрасна, вы можете безболезненно поднести пальцы очень близко к нагретой части. Мне довелось сегодня согнуть небольшую стеклянную трубку таким образом, и я заметил, что вода в ней совсем рядом с нагретой частью оставалась спокойной на протяжении всего процесса. Именно непроводящее качество стекла делает его таким склонным к разрушению, если оно толстое и подвергается резкому изменению температуры. Например, если горячую воду налить в толстостенный стеклянный сосуд, внутренняя поверхность быстро расширяется; но внешняя поверхность не расширяется вместе с ней, поскольку тепло не передается через толщу стекла быстро, и эта неравномерность расширения вызывает трещину. Именно по этой причине колбы, реторты и т. д., используемые химиками, делаются очень тонкими, особенно там, где будет прикладываться тепло.

Fig. 213.

299. Безопасная лампа Дэви. — Одно из самых прекрасных применений теплопроводности мы имеем в безопасной лампе сэра Гемфри Дэви, изобретении, которое послужило средством спасения жизней множества шахтеров. Она представлена на рис. 213. С этой лампой можно безбоязненно входить в среду самых взрывоопасных газов. Все, что предотвращает воспламенение газов снаружи пламенем внутри, — это покрытие из металлической сетки. Будучи хорошим проводником, она отводит тепло пламени внутри так быстро, что оно не может пройти через отверстия в виде пламени и, следовательно, не поджигает газ снаружи. Факт, на котором основывалась конструкция этой лампы, был обнаружен путем проведения множества экспериментов. Среди них были следующие: кусок металлической сетки держали над свечой так, чтобы ее пламя ударялось о сетку. Дым выходил сверху, но пламени не было. Затем поток газа пропускали через сетку, как показано на рис. 214, и поджигали сверху. Он горел, не воспламеняя газ внизу. [4]

Fig. 214.

300. Зависимость теплопроводности от плотности. — Как правило, чем плотнее вещество, тем лучше оно проводит тепло. Таким образом, металлы являются лучшими проводниками, чем дерево, мрамор — чем кирпич, твердые тела — чем жидкости, а жидкости — чем газообразные вещества. Мы часто имеем хорошую иллюстрацию разницы между камнем и кирпичом как проводниками при таянии снега на тротуарах. Если весной, после того как земля немного прогрелась, выпадает легкий снег, вы увидите, что он тает на каменных дорожках гораздо раньше, чем на кирпичных. Это будет особенно заметно, если снег тает в основном от тепла земли без воздействия солнца. Объяснение очевидно. Камень — лучший проводник, чем кирпич, и поэтому тепло земли проходит через него быстрее, чем через кирпич.

Fig. 215.

Fig. 216.

301. Теплопроводность в жидкостях. — То, что жидкости являются плохими проводниками тепла, можно показать одним или двумя экспериментами. Если тонкую стеклянную трубку, закрытую с одного конца, наполнить водой и применить тепло спиртовой лампы к ее верхней части, как показано на рис. 215, то, хотя вода в этой части может закипеть, в нижней части не будет ни малейшего движения. Это будет очень заметно, если в воде есть немного янтарной пыли. Далее, пусть немного воды замерзнет в нижней части трубки, поместив ее в охлаждающую смесь, затем введите немного масла, а поверх него — немного спирта. Теперь подержите трубку над дымоходом лампы, как показано на рис. 216, пока спирт не закипит. Лед на дне трубки нисколько не пострадает, а масло лишь слегка нагреется. Если бы тепло в любом из вышеперечисленных случаев прикладывалось к нижней части трубки, результат был бы иным, потому что тогда в распространении тепла участвовала бы конвекция.

302. Воздух как непроводник. — Тепло быстро распространяется в воздухе посредством конвекции; но это возможно только тогда, когда воздух свободен. Когда воздух заключен в пространствах, порах или между волокнами, тепло проходит через него очень медленно, ибо тогда оно может распространяться только посредством теплопроводности. Разнообразие способов, которыми воздух служит нам как непроводник, почти бесконечно. Я отмечу некоторые из них.

303. Двойные окна. — Эффективность двойных окон зависит от заключенного между ними воздуха. В случае одинарного окна большая часть тепла внутри теряется следующим образом: теплый воздух комнаты, соприкасаясь с окном, передает ему часть своего тепла и, охлаждаясь и, следовательно, сжимаясь, опускается вниз. Поскольку этот процесс идет постоянно, этот нисходящий поток у окна постоянен. Поток снаружи направлен в противоположную сторону. Тепло, переданное окну, поглощается холодным воздухом, и, становясь теплее, он поднимается вверх. И этот восходящий поток снаружи так же постоянен, как и нисходящий поток внутри. Теперь почти все это предотвращается непроводящим качеством заключенного воздуха в случае двойных окон. Если бы вынуть стекло из верхней части внутреннего окна, а другое — из нижней, внутреннее окно было бы малополезно, ибо тогда тепло воздуха в комнате постоянно уменьшалось бы за счет конвекции, как в случае с одинарным окном. Теплый воздух проходил бы через верхнее отверстие и, охлаждаясь, опускался бы через нижнее. [5]

304. Воздух как непроводник в стенах зданий. — Пространства между внешней стеной здания и внутренней штукатуркой, заполненные заключенным воздухом, препятствуют тому, чтобы тепло воздуха в помещениях легко уходило через стену. Дом, построенный из кирпича или камня, со штукатуркой, нанесенной непосредственно на внутреннюю сторону стены, зимой с трудом сохранял бы тепло, потому что твердая стена слишком легко проводила бы тепло наружу. Так же и летом такой дом был бы очень жарким, потому что тепло солнца и внешнего воздуха так же быстро передавалось бы воздуху внутри дома. В этой связи я упомяну приспособление для предотвращения распространения пожаров в блоках зданий, которое, хотя и очень эффективно, используется редко, отчасти потому, что доставляет некоторые хлопоты и расходы, а отчасти потому, что занимает немного места. Оно заключается в следующем: в разделительной стене между каждыми двумя домами сверху донизу оставляется небольшое пространство, содержащее, конечно, объем заключенного воздуха, то есть если пространство полностью закрыто, что здесь так же важно, как и в случае с двойными окнами. При таком устройстве внутренность одного дома может полностью выгореть, не передав через заключенный воздух достаточного количества тепла, чтобы поджечь другой.

305. Мех, волосы и перья. — Животные, обитающие в холодных климатических условиях, обеспечены подходящими покровами для своей защиты. Четвероногие, например, покрыты мехом, а птицы имеют обилие пуховых перьев. Эти покровы сами по себе не обладают теплом, хотя в обычном языке мы говорим, что они теплые. Они просто являются непроводниками и поэтому предотвращают уход тепла, вырабатываемого в теле животного, так быстро, как это происходило бы в противном случае. Но почему они являются непроводниками? Это не потому, что вещество, из которого они сделаны, является непроводником, а потому, что среди их бесчисленных волокон частично заключен этот великий непроводник — воздух. Если бы мех или пух были спрессованы в тонкую твердую пластину на животном, они оказались бы малополезны как защита от холода. Пуха гораздо больше на птицах холодных климатов, чем на птицах в более теплых регионах, потому что среди волокон пуха может быть заключено больше воздуха, чем среди волокон обычных перьев. Четвероногие, являющиеся уроженцами теплых климатов, обычно имеют волосы вместо меха. Поэтому, когда лошадь попадает в холодный климат, зимой ей требуется защита в виде попоны; а быку в тех же обстоятельствах требуется лучшее укрытие, чем обычно. Поскольку слон — уроженец климата, который является безусловно жарким, его волосы редкие и грубые. Раньше в холодных регионах Сибири были слоны, что было установлено по найденным там останкам. Но у сибирского слона под волосами, близко к коже, была тонкая шерсть для защиты от холода. У животных, живущих в холодных климатах, покровы становятся тоньше по волокну в холодное время года, чтобы дать им дополнительную защиту, в которой они тогда нуждаются. А животные с меховым покровом, если их перевезти в теплый климат, имеют мех, который становится грубым и приближается к состоянию волос.

306. Одежда. — Человек не имеет покрова, чтобы защитить себя от холода, потому что он способен придумывать одежду, подходящую для различных степеней температуры, которым он может быть подвержен. Цель одежды — не сделать тело теплым, а сохранить его таковым. Тепло тела постоянно вырабатывается внутри него самого, и при любых обстоятельствах это тепло поддерживается довольно равномерно на уровне 98°. Это, как вы видите, гораздо более высокая степень, чем та, которую обычно имеет атмосфера. Мы все время, таким образом, отдаем тепло окружающему нас воздуху, за исключением случаев, когда воздух нагревается до 98°. Нам комфортно только тогда, когда мы отдаем значительное количество тепла, ибо точка температуры, которая наиболее приятна нам в состоянии покоя, составляет 70° или немного меньше, то есть почти на тридцать градусов ниже температуры нашего тела. Когда температура ниже этой, нам нужна дополнительная одежда. Выбирая одежду для различных степеней температуры, мы практически применяем принципы, которые я развил. Те предметы одежды, которые могут удерживать или запутывать, как мы можем сказать, наибольшее количество воздуха среди своих волокон, являются лучшими непроводниками, или, на обычном языке, самыми теплыми. Так же и свободная одежда теплее, чем тесная, из-за количества воздуха между одеждой и телом. Таким образом, свободная перчатка гораздо теплее, чем тесная. Тот же общий факт иллюстрируется соломенными покрытиями, которые мы надеваем на нежные деревья и кустарники зимой. Именно воздух, заключенный в трубках соломы, делает эти покрытия столь эффективной защитой. Вероятно, именно воздух в порах кирпича делает его более плохим проводником, чем камень, что иллюстрируется фактом, изложенным в § 300.

307. Коконы. — Многие насекомые проходят стадию куколки или переходную стадию в коконах. Когда это происходит в теплое время года, как в случае с шелкопрядом, кокон простой. Но когда стадия куколки длится всю зиму, в устройстве кокона принимаются особые меры для защиты насекомого от холода. Я приведу в качестве примера кокон одной из наших самых больших молей, Cecropia. Этот кокон, прикрепленный к какому-нибудь кустарнику, защищает своего обитателя от суровости зимы с помощью очень красивого устройства. Настоящий кокон похож на кокон шелкопряда; но он имеет очень плотное воздухонепроницаемое внешнее покрытие, а пространство между этими двумя покрытиями куколки заполнено рыхлым веществом, которое, конечно, имеет воздух, смешанный со своими волокнами, и поэтому играет роль одеяла для насекомого.