«Детская книга науки»

Если поместить рядом друг с другом вертикально ряд квадратных металлических трубок малого диаметра и сделать горизонтальный срез, это будет представлять собой проволочную сетку, которая обладает удивительной способностью отсеивать тепло от пламени, так что оно уничтожается при попытке прохождения через металлические ячейки; и этому факту можно привести множество доказательств.

Газовую горелку, подающую светильный газ, можно поместить под лист проволочной сетки, газ проникает сквозь сетку и может быть подожжен с верхней стороны, но пламя отсекается от отверстия горелки охлаждающим действием проволочной сетки. Тот же эксперимент в обратном порядке, при удерживании сетки над газом, горящим из горелки, еще более решительно показывает, что пламя не пройдет через металлическую ткань. (Рис. 361.)

Fig. 361.

a a. Ряд квадратных трубок, расположенных вертикально. Стрелка показывает направление среза для получения фигуры, похожей на проволочную сетку.

Сэр Г. Дэви снова говорит: «Хотя все образцы рудничного газа, которые я исследовал, состояли из карбюрированного водорода, смешанного с различными небольшими пропорциями углекислого газа и обычного воздуха, некоторые явления, которые я наблюдал при горении «дутья», заставили меня поверить, что небольшие количества олефинового газа могут иногда выделяться в угольных шахтах вместе с карбюрированным водородом. Поэтому я решил сделать все лампы безопасными для проверки газом, полученным путем перегонки угля, который, когда он не подвергался воздействию воды, всегда содержит олефиновый газ. Я поместил свои зажженные лампы в большой стеклянный приемник, через который проходил поток атмосферного воздуха, и с помощью газометра, наполненного светильным газом, я сделал поток воздуха, поступающий в лампу, более или менее взрывоопасным и заставлял его меняться быстро или медленно по желанию, чтобы создать все возможные разновидности воспламеняющихся и взрывоопасных смесей, и я обнаружил, что железная проволочная сетка, состоящая из проволок диаметром от 1/40 до 1/60 дюйма и содержащая двадцать восемь проволок или семьсот восемьдесят четыре отверстия на дюйм, была безопасна при любых обстоятельствах в атмосферах такого рода; и я, следовательно, принял этот материал для защиты ламп в угольных шахтах, где в январе 1816 года они были немедленно приняты и долгое время находились в общем пользовании».

Замечательная теплопроводность проволочной сетки далее показана путем помещения нескольких кусочков камфоры на кусок этого материала, и когда тепло спиртовой лампы прикладывается с нижней стороны сетки, камфора испаряется, и, поскольку пар удивительно тяжелый, он проходит сквозь ячейки сетки и загорается; но самая любопытная и дальнейшая иллюстрация теплопроводности проволочных ячеек показана в том факте, что огонь не передается через тонкую пленку сетки к кусочкам камфоры, помещенным на ней.

Камфору можно воспламенить, приложив пламя к верхней стороне сетки, что показывает, что, хотя это вещество чрезвычайно горючее, оно не загорится, даже если будет помещено на расстоянии от пламени не большем, чем толщина проволочной сетки, при условии, что последний материал проложен между ним и пламенем.

Квадратный ящик из проволочной сетки с отверстием внизу для впуска свечи или спиртовой лампы может подвергаться воздействию значительной струи светильного газа, направленной снаружи, или на него может быть вылит большой кувшин паров эфира; и хотя ящик может быть полон пламени, возникающего от горения газа или эфира, огонь не выходит из проволочного ящика и не передается к горелке или парам эфира, когда они выливаются из кувшина. (Рис. 362.)

Fig. 362.

Ящик из проволочной сетки с отверстием внизу для впуска зажженной спиртовой лампы. Горячий кувшин, полный паров эфира, может быть вылит на пламя, но оно горит только внутри ящика и не передается к тому, что в кувшине.

Безопасная лампа сэра Гемфри Дэви состоит из обычной масляной лампы f с проволокой через резервуар для поднятия или опускания хлопкового фитиля без отвинчивания проволочной сетки; b — это наружная резьба, подходящая к резьбе, прикрепленной к цилиндру из проволочной сетки, который сделан двойным сверху. Вся лампа показана на a, а платиновая спираль, которую сэр Г. Дэви рекомендует наматывать вокруг фитиля, показана на h. Маленькая платиновая клетка состоит из проволоки толщиной от 1/70 до 1/80 дюйма, прикрепленной к проволоке для поднятия или опускания хлопкового фитиля, и если лампа погаснет во взрывоопасной смеси, маленькая платиновая спираль начинает светиться и даст достаточно света, чтобы направить шахтера в безопасную часть шахты. В отношении этой платиновой спирали сэр Г. Дэви дает осторожное наставление и говорит: «Нужно проявлять величайшую осторожность, чтобы ни одна нить или проволока платины не выступала снаружи лампы, ибо это подожгло бы взрывоопасную смесь снаружи».

Fig. 363.

Безопасная лампа сэра Гемфри Дэви.

После изобретения лампы Дэви было предложено большое количество модификаций, некоторые из которых на короткое время занимали внимание общественности, но, будь то из-за повышенной стоимости или своего рода инерции, которая препятствует улучшениям, несомненно, что лампа, первоначально разработанная сэром Гемфри Дэви, остается фаворитом. Возможно, было неудачным, что лампу назвали «безопасной» лампой, потому что она не является таковой при любых обстоятельствах, которые могут возникнуть, если только она не находится в руках людей, которые взяли на себя труд изучить ее и понять, как исправлять ошибки. Лампа могла бы избежать непрекращающихся нападок, которым подвергались ее справедливые достоинства, если бы название было просто именем ее прославленного изобретателя — «лампа Дэви». Никто не мог бы придраться к этому, в то время как «безопасность» понималась как полная защита от любой возможной и вероятной опасности, которая могла возникнуть в угольных шахтах. Лампы теперь обычно находятся под присмотром одного человека, который их чистит и проверяет, что проволочная сетка в идеальном порядке; последняя обычно запирается на лампе, и, поскольку удаление проволочной сетки с безопасных ламп в опасных частях шахты является уголовным преступлением, наказуемым крупным штрафом и тюремным заключением, шахтеры, конечно, постепенно приходят к осознанию обязательств, которые они имеют перед собой и своими братьями-шахтерами, и безрассудные, невежественные и опрометчивые правонарушения, связанные со вскрытием безопасных ламп ради большего освещения или для прикуривания трубок, становятся гораздо менее частыми, чем раньше. Одной из самых остроумных «детекторных ламп» является лампа г-на Саймонса из Бирмингема. (Рис. 364.) Она состояла из старой модели Дэви, но внутри обода проволочной сетки помещены маленький гаситель и пружина, которые не двигаются, пока сетка привинчена к лампе, но как только сетку отвинчивают, обратное движение освобождает стопор, и гаситель падает на свет. Несмотря на очевидную изобретательность этой лампы, она не принята, потому что стоит немного дороже обычной «Дэви». Чтобы показать замечательное совершенство принципа проволочной сетки, можно вылить немного скипидара на зажженную безопасную лампу, при этом образуется много дыма от испарения спирта, но пламя не проходит наружу, хотя скипидар горит внутри лампы. Если на два слоя тонкой проволочной сетки положить немного грубого пороха, его можно нагреть снизу пламенем спиртовой лампы, и сера постепенно испарится, не поджигая массу пороха. Чтобы показать надежность лампы Дэви, ее можно зажечь и повесить в большой ящик со стеклянными стенками, открытый сверху, и подать струю светильного газа снизу; по мере того как он поднимается и рассеивается в воздухе, смесь становится взрывоопасной, и этот факт сразу становится очевидным по изменению внешнего вида пламени лампы, которое увеличивается, мерцает и часто гаснет из-за внезапности, с которой происходит взрыв смеси внутри лампы, производя сотрясение, которое гасит пламя. В этом случае польза платиновой спирали очень очевидна, и она продолжает светиться красным жаром до тех пор, пока взрывоопасный характер воздуха в ящике не изменится.

Fig. 364.

Самозатухающая лампа Дэви Саймонса.

Если большой умывальный таз сначала согреть кипятком, который затем вылить, и вбросить драхму эфира, получается легковоспламеняющаяся атмосфера, и когда зажженная лампа Дэви помещается в так подготовленный таз, пламя внутри лампы немедленно увеличивается и мерцает, но не гаснет и не передается горючим парам снаружи. Контраст между безопасной лампой и незащищенным пламенем очень поразителен; если в таз сунуть зажженную лучину, эфир загорается и горит очень большим пламенем. Твердыми проводниками тепла, которые, как говорят, обладают этим свойством в высшей степени, являются металлы, мрамор, камень, сланец и другие плотные и компактные твердые вещества; в то время как противоположным качеством быть непроводниками, или почти таковыми, обладают мех, дерево, шелк, хлопок, шерсть, гагачий и лебяжий пух, бумага, песок, древесный уголь и каждое вещество, которое имеет легкую или пористую природу. Практическое применение этого знания очень очевидно в делах повседневной жизни. Так, мы встаем утром и сразу после необходимых омовений, если это зимнее время, приступаем к облачению тела в непроводники, такие как фланель и шерсть. Когда мы садимся за стол для завтрака, чтобы приготовить чай, мы можем заметить приспособления для предотвращения нагревания ручки крышки урны или чайника, чтобы они не обжигали пальцы, путем прокладки слоев слоновой кости или дерева. Если нас попросят налить воду в чайник из чайника, мы инстинктивно ищем хорошо изношенную прихватку для чайника, сделанную из берлинской шерсти, а следовательно, являющуюся плохим проводником. Когда мы режем мясо или рыбу во время того же приема пищи, мы можем дрожать от холода, но наши пальцы не совсем замерзают от контакта со стальными ножами, так как мы держим их за ручки из слоновой кости; и нам приятно напоминают, что некоторые металлы являются хорошими проводниками тепла, приятным теплом серебряных чайных ложек, когда мы размешиваем чай или кофе.

Даже полировка хорошо натертого красного дерева защищена от тепла блюд непроводящими ковриками, а тарелки подаются, если они «хорошо разогреты», с тщательно обернутой непроводящей льняной салфеткой. Предположим, мы предпочитаем кусочек свежеприготовленного тоста, вилка снабжена непроводящей ручкой; и если мы выглянем в окно морозным утром, пока пекарь доставляет свою раннюю работу в виде горячих булочек, мы заметим, что они выходят из красиво обернутой фланели или байки, которая, будучи плохим проводником, используется для удержания их тепла. Мы читаем, время от времени, в военных сводках, заявления относительно некоторых недавно сконструированных снарядов, которые должны взрываться и разбрасывать расплавленное железо (!!); и, конечно, идея прокладки хорошего непроводника тепла между разрывным зарядом и расплавленным металлом должна быть реализована в их конструкции.

Центральный жар нашего земного шара — это реальность, которую нельзя оспаривать, и после копания на глубину более двадцати футов термометр постепенно поднимается со скоростью один градус по шкале Фаренгейта на каждые пятнадцать ярдов. Плохая теплопроводность земной коры должна, следовательно, быть очевидной, так как легко, зная диаметр нашего земного шара, рассчитать, что увеличение тепла вниз составляет 116° на каждую милю, следовательно, на глубине тридцати с половиной миль под поверхностью будет температура, скорее всего, равная 3500°, или жар, который мог бы легко расплавить чугун, и это помогло бы объяснить землетрясения и извержения вулканов, которые все еще напоминают нам своими ужасными предупреждениями, что мы живем только на плохо проводящей верхней коре земного шара, внутренность которого все еще, возможно, находится в жидком и расплавленном состоянии. Господин Фурье продемонстрировал непроводящую способность этой оболочки, рассчитав, что, если бы земной шар был полностью составлен из чугуна, центральному жару потребовались бы мириады лет, чтобы передаться на поверхность с глубины 150 миль; и, инвертируя процесс рассуждения, мы можем прийти к выводу, что внутренний жар должен быть чрезмерным, потому что он ограничен и закрыт от тех влияний, которые унесли бы и ослабили его интенсивность.

Нет двух слов, говорит Тиндаль, с которыми мы более знакомы, чем материя и сила. Система вселенной охватывает две вещи: объект, на который воздействуют, и агент, посредством которого на него воздействуют; объект мы называем материей, а агент — силой. Материю, в некоторых отношениях, можно рассматривать как носитель силы; так, светоносный эфир является носителем или средой, посредством которой пульсации солнца передаются нашим органам зрения. Или, чтобы взять более простой случай, если мы установим ряд бильярдных шаров в ряд и сообщим толчок одному концу серии в направлении ее длины, мы знаем, что произойдет; последний шар улетит, а промежуточные шары послужат для передачи толчка от одного конца серии к другому. Или мы могли бы сослаться на теплопроводность. Если, например, требуется передать тепло от огня к точке на некотором расстоянии от огня, это может быть осуществлено с помощью проводящего тела — например, кочерги; вставив один конец кочерги в огонь, она нагревается, тепло прокладывает себе путь через массу и, наконец, проявляется на другом конце. Давайте постараемся получить четкое представление о том, что мы здесь называем теплом; давайте сначала представим его себе как агент, отдельный от массы проводника, прокладывающий себе путь среди частиц последней, перепрыгивающий с атома на атом и таким образом превращающий их в своего рода ступеньки, чтобы помочь своему продвижению. Это вероятный вывод, даже если бы у нас не было ни одного эксперимента, подтверждающего его, что способ передачи должен в некоторой мере зависеть от того, как расположены эти маленькие молекулярные ступеньки. Но мы не должны ограничиваться молекулярной теорией тепла. Принимая гипотезу, которая сейчас набирает силу, что тепло, вместо того чтобы быть агентом, отдельным от обычной материи, состоит в движении материальных частиц; вывод столь же вероятен, что на передачу движения должно влиять то, как расположены частицы. Предоставляет ли нам экспериментальная наука какое-либо подтверждение этого вывода? Предоставляет. Более двадцати лет назад ММ. Де ла Рив и Де Кандоль доказали, что тепло передается через дерево со скоростью почти в два раза большей вдоль волокна, чем поперек него. Этот результат был недавно расширен, и было доказано, что это вещество обладает тремя осями теплопроводности; первая и самая большая ось параллельна волокну; вторая ось перпендикулярна волокну и древесным слоям; в то время как третья ось, которая отмечает направление, в котором оказывается наибольшее сопротивление прохождению тепла, перпендикулярна волокну и параллельна слоям.

Если многие твердые тела являются плохими проводниками тепла, то они, во всяком случае, значительно уступают в этом жидкостям, и особенно воде. Проводимость тепла этой жидкостью почти незаметна, настолько, что даже возникал вопрос, проводят ли жидкости тепло в направлении сверху вниз вообще. Однако было установлено, что жидкая ртуть проводит тепло вниз, и поэтому по аналогии можно предположить, что другие жидкости должны обладать проводящей способностью, хотя она может быть чрезвычайно ограниченной.

Чтобы доказать, что вода является чрезвычайно плохим проводником тепла, трубку с большой стеклянной колбой, выдутой на одном конце, частично наполняют настойкой лакмуса, пока она не погрузится чуть ниже поверхности воды, налитой в высокий цилиндрический или открытый сосуд. Если теперь пустить плавать по поверхности воды медную чашу с горящим эфиром так, чтобы между верхом воздушного термометра — то есть колбой, содержащей окрашенную жидкость, — и дном медной чаши оставалось около четверти дюйма, можно заметить, что, в то время как вода, окружающая последнюю, почти кипит, не ощущается ни малейшего эффекта, вызванного теплопроводностью в направлении сверху вниз. После того как эфир в медном сосуде выгорит, его можно убрать, а кипящую воду перемешать вниз и вокруг воздушного термометра; тогда воздух внутри него расширится, вытеснит окрашенную жидкость, и колба, став удельно легче, поднимется к верху сосуда. (Рис. 365.)

Fig. 365.

a a. Цилиндрический стеклянный сосуд, наполненный водой. b. Стеклянный воздушный термометр, содержащий окрашенную жидкость, стоящий вертикально, с открытым отверстием трубки в точке c. d d — медная чаша, содержащая горящий эфир. e показывает, как стеклянная колба и трубка поднимаются после того, как верхняя чаша убрана, а горячая вода вступает в контакт с воздухом и расширяет его, делая термометр легким и заставляя его подняться.

Далее, если трубку воздушного термометра пропустить через пробку в горлышке газовой склянки, перевернутой и установленной на кольцевой штатив, а затем наполнить склянку водой и кипятить ее сверху раскаленным железным нагревателем, тепло не проходит вниз и не воздействует на термометр. С помощью сифона можно слить воду, окружающую термометр на дне склянки, пока горячая вода не окажется на расстоянии доли дюйма от воздушного термометра, и все же тепло не передается, а жидкость в последнем остается неподвижной. (Рис. 366.)

Fig. 366.

a a a. Перевернутая газовая склянка, поддерживаемая кольцевым штативом. b. Раскаленный нагреватель для урны. c c. Воздушный термометр с окрашенной жидкостью, неподвижной в точке c. d. Сифон для слива холодной воды и подведения горячей воды вплотную к колбе c c.

Распространение тепла в воде происходит не так, как в твердых телах, а осуществляется за счет движения частиц воды. Когда тепло подводится к дну сосуда с водой, например, к перевернутому стеклянному колпаку, первым эффектом является расширение слоя воды, который первым подвергся воздействию тепла; этот расширенный слой, будучи удельно легче холодной воды выше, поднимается в верхнюю часть стеклянного колпака, и его место немедленно занимает другая, более холодная и тяжелая вода, которая таким же образом движется вверх, и ее снова сменяет новая порция. Таким образом, первый и последующие слои воды уносят с собой столько тепла, и благодаря конвективной или переносной способности воды тепло в конечном итоге распределяется самым совершенным образом по всему объему жидкости; и действительно, само движение частиц воды можно легко наблюдать, поместив немного бумажной массы на дно перевернутого стеклянного колпака с водой. (Рис. 367.)

Fig. 367.

a. a. Перевернутый стеклянный колпак, содержащий воду и немного бумажной массы. b. Горящая спиртовая лампа, помещенная под одну сторону стекла; бумажная масса показывает подъем нагретой воды и опускание холодной в направлении, указанном стрелками.

Эта плохая теплопроводность свойственна не только воде, но также проявляется у масла и других жидкостей. Если заморозить немного воды на дне длинной пробирки с помощью охлаждающей смеси, можно налить поверх нее масло, а выше — немного спирта. Если теперь поднести пламя спиртовки к спирту в верхней части трубки, он может полностью выкипеть, при этом тепло не пройдет вниз через масло и не передастся льду. Даже после того, как спирт испарится, трубку можно долить водой; ее также можно вскипятить, и, демонстрируя плохую теплопроводность масла, наблюдается любопытная аномалия: сосуд или трубка, содержащие лед на дне и кипящую воду наверху. Это также показывает мудрость Верховного Творца, предотвратившего замерзание воды в озерах, реках и морях благодаря исключительному закону расширения воды при охлаждении. Из сказанного очевидно, что жидкости приобретают и теряют тепло посредством тех токов и движений частиц воды, которые уже были частично объяснены. Все, что препятствует этому движению, должно предотвращать прохождение тепла, и, следовательно, густые вязкие жидкости всегда трудно кипятить; из-за того, что их движение затруднено, они нагреваются до слишком высокой температуры и пригорают. Этот факт особенно заметен в производстве хорошего белого кускового сахара: по мере выпаривания сироп становится очень густым, и если его кипятить на огне, он может часто пригорать, но его кипятят с помощью тепла пара и в вакууме, создаваемом воздушным насосом, что позволяет сахаровару избежать опасности пригорания.

Итак, именно благодаря непрерывному и постоянному движению, включающему циркуляцию частиц, тепло распространяется через воду; и описанный факт еще более проясняется одним из простых, но наглядных экспериментов профессора Гриффитса. Стеклянная трубка длиной около трех футов и диаметром полдюйма изгибается, как показано на рисунке A (рис. 368), затем наполняется водой и подвешивается на нити к любой удобной опоре внутри медной чаши с водой так, чтобы прямой конец находился у поверхности воды, а изогнутый — на дне. Перед самым использованием в медную чашу с водой наливают немного чернил или другого красящего вещества; его не следует добавлять до момента начала эксперимента, так как любое повышение температуры в комнате способствует циркуляции и нарушает бесцветность воды в трубке, которая сравнивается с чернильной жидкостью в чаше. Как только подводится тепло, горячая вода поднимается к верху медного сосуда, а оттуда постепенно вверх по трубке; это движение становится видимым, так как горячая окрашенная жидкость медленно ползет вверх по трубке, вытесняя бесцветную воду, которая постепенно стекает в медную чашу. (Рис. 368.)

Fig. 368.

a. Изогнутая стеклянная трубка, наполненная водой. b b. Медная чаша, содержащая окрашенную воду. Стрелки показывают циркуляцию воды.

Как только принцип циркуляции частиц воды понят, легко понять, как он применяется для отопления зданий с помощью так называемого «прибора для горячей воды». Змеевик трубы помещается в соответствующую печь, нижний конец которой соединяется с трубой, идущей от второй трубки или набора змеевиков, расположенных выше в другом помещении, в то время как верх последнего змеевика соединяется с верхней трубой первого змеевика. Когда огонь зажжен, начинается циркуляция через первый змеевик трубы, которая передается второму, а от него обратно к первому; таким образом, «система горячей воды» представляет собой бесконечную цепь труб с водой, снабженную соответствующими предохранительными клапанами для выхода расширенного воздуха или пара; случались серьезные аварии из-за того, что люди пренебрегали проверкой исправности этого предохранительного клапана. Ужасная авария, произошедшая с кожухом горячей воды вокруг одной из дымовых труб «Грейт Истерн», служит болезненным, но памятным примером нагревания воды и опасностей, которые могут возникнуть, если труба, кожух или другой сосуд, содержащий ее, не снабжен выпускным или предохранительным клапаном, который всегда должен быть в исправном состоянии.

Мистер Джейкоб Перкинс в 1824 году прославился своими экспериментами с циркуляцией воды через трубки, и его отчет об изобретении и усовершенствовании «паровой пушки», в которой усовершенствование заключается главным образом в циркуляции воды через змеевики труб, настолько важен, что мы приводим его дословно, с чертежом паровой пушки; автор может поручиться за точность утверждений, сделанных в описании аппарата, поскольку он приобрел одну из усовершенствованных паровых пушек и демонстрировал ее в Политехническом институте, где она выпускала триста пуль в минуту.

Fig. 369.

Заряжающая трубка и ствол паровой пушки.

«Расширительная сила пара часто предлагалась в качестве замены пороха для стрельбы ядрами и другими снарядами; однако большая опасность, которая ранее считалась неразрывно связанной с генерацией и использованием пара при столь чрезвычайном давлении, которое казалось необходимым для получения эффекта, приближающегося к пороховому, удерживала ученых от проверки силы этого нового агента экспериментальным путем. Было также очевидно, что аппарат, обычно используемый для генерации пара для паровых двигателей, был совершенно неспособен выдержать необходимое давление, и что до того, как пар можно было достаточно ограничить, чтобы он мог конкурировать со своим мощным соперником, должен был быть изобретен аппарат совершенно иного характера.

В 1824 году мистеру Джейкобу Перкинсу удалось сконструировать генератор такой формы и прочности, что это позволило ему проводить эксперименты с высокоэластичным паром без опасности, несмотря на то, что он подвергался давлению в 100 атмосфер. Принцип его безопасности заключался в разделении сосуда, содержащего воду и пар, на камеры или отсеки, настолько малые, что разрыв одного из них был совершенно безвреден по своим последствиям и служил лишь выходом или предохранительным клапаном для разгрузки остальных.

Хотя генератор мистера Перкинса изначально предназначался для работы паровых двигателей (ему давно было очевидно, что использование высокоэластичного пара при расширении будет сопровождаться значительной экономией), в ходе экспериментов ему пришла в голову мысль, что он уже решил проблему безопасной генерации пара достаточной мощности для целей паровой артиллерии; и что пар, который ежедневно приводил в действие его двигатель, обладал упругой силой, вполне достаточной для метания мушкетных пуль. Поэтому он немедленно приказал сконструировать пушку и соединить ее трубой с генератором, первое испытание которой полностью оправдало его самые смелые ожидания. Ее работа, действительно, была настолько необычной и неожиданной, что породила парадокс, который было трудно объяснить, а именно: пар при давлении всего в сорок атмосфер производил эффект, равный пороху; тогда как было известно, что сгорание пороха сопровождается давлением от 500 до 1000 атмосфер.

Мистер Перкинс дает следующее объяснение этого кажущегося несоответствия, ссылаясь на малый эффект, производимый гремучим порохом по сравнению с порохом, хотя он во много раз мощнее; он предполагает, что действие гремучего пороха, каким бы интенсивным оно ни было, не продолжается достаточно долго, чтобы передать пуле всю свою силу. Взрыв пороха, хотя и не столь мощный в момент воспламенения, тем не менее в совокупности дает больший эффект, чем взрыв гремучего пороха, потому что последующее расширение продолжает действовать на пулю (хотя и с уменьшающимся эффектом), пока она не покинет ствол. Действие пара отличается от действия любого из этих агентов тем, что он продолжает действовать в полную силу до тех пор, пока пуля не покинет ствол; и именно этому приписывается причина его превосходства.

В 1826 году мистер Перкинс настолько усовершенствовал механизм пушки и генератора, что на демонстрации и испытании ее мощности в присутствии герцога Веллингтона и других выдающихся офицеров артиллерийского ведомства пули весом в одну унцию пробивали с расстояния тридцати пяти ярдов железную пластину толщиной в четверть дюйма; а также одиннадцать твердых досок толщиной в один дюйм, расположенных на расстоянии дюйма друг от друга. Непрерывные ливни пуль также выбрасывались с такой быстротой, что когда ствол пушки медленно поворачивали в горизонтальном направлении, доска длиной двенадцать футов была пробита настолько полностью, что линия отверстий почти напоминала желоб, прорезанный от одного ее конца до другого.

Fig. 370.

Паровая пушка Перкинса.

a — железная печь, содержащая непрерывный змеевик из железных трубок длиной 80 футов, с внешним диаметром 1 дюйм и внутренним 5/8 дюйма, внутри которого разводится огонь; верхний конец этой трубки, b, называемый подающей трубой, выведен на любое требуемое расстояние к верху генератора.

Печь снабжена очень остроумным регулятором тепла, с помощью которого интенсивность огня всегда пропорциональна температуре, которую необходимо поддерживать в трубках.

h — железный ящик, содержащий ряд рычагов b b b; c — гайка, навинченная на подающую трубу и соприкасающаяся с коротким плечом самого нижнего из рычагов. e — рычаг, с одного конца которого подвешена заслонка f, а с другого — стержень g, который опирается на длинное плечо самого верхнего из рычагов b b b. Когда аппарат достигает требуемой температуры, гайка c завинчивается до тех пор, пока она не надавит на рычаг. Любое дальнейшее повышение температуры расширит или удлинит подающую трубу и опустит короткое плечо рычага, который находится в контакте с гайкой. Комбинированное и умноженное действие рычагов затем поднимет стержень g, и заслонка f опустится, чтобы перекрыть тягу. Когда огонь ослабевает и аппарат остывает, действие рычагов меняется на обратное, и заслонка открывается. Расстояние, на которое перемещается заслонка, по сравнению с гайкой c, составляет 200 к 1.

c — генератор, состоящий из прочной железной трубки диаметром 3 дюйма и длиной 6 футов, внутри которой находятся восемь трубок меньшего размера, концы которых приварены к концам большой трубки. Эти малые трубки сообщаются вверху с подающей трубой b, а внизу — с возвратной трубой d, которая продолжается до дна змеевика печи. Циркуляция в трубках вызвана разницей в удельных весах воды, составляющей восходящие и нисходящие потоки; часть, содержащаяся в подающей трубе и змеевике печи, расширяясь от тепла, поднимается благодаря своей превосходной легкости; в то время как та, что содержится в малых трубках генератора, отдав свое тепло, приобретает повышенную плотность и опускается через возвратную трубу d на дно змеевика печи, чтобы занять место восходящего потока. Когда поток горячей воды достигает температуры 212° и выше, в генератор впрыскивается холодная вода, которая превращается в пар при контакте с малыми трубками; скорость испарения и давление пара зависят, конечно, от температуры потока горячей воды, которая при 500° вызовет давление внутри трубок в 50 атмосфер, или 750 фунтов на квадратный дюйм. Весь аппарат, как доказано, способен выдерживать давление в 200 атмосфер, или 3000 фунтов на квадратный дюйм.

g. Нагнетательный насос для впрыскивания воды в генератор.

i. Индикатор для отображения давления пара в генераторе и воды в котле; он может быть соединен с любым из них с помощью клапанов, прикрепленных к рычагам.

j. Клапан для регулирования давления воды.

j l. Клапан для регулирования давления пара.

k. Паровая труба.

l. Пушка.

m. Разгрузочный рычаг, воздействующий на клапан n.

o. Разгрузочный кран, с помощью простой регулировки которого пули передаются из заряжающей трубки p в ствол пушки, по одной или непрерывным ливнем.

Поскольку совершенствование и внедрение паровой пушки не было полем для частного предпринимательства, а британское правительство отказалось проводить эксперименты за свой счет, мистер Перкинс был вынужден неохотно оставить проект и заняться другими, более прибыльными, хотя, возможно, и менее важными делами. Однако он не прекратил свою деятельность, пока не сконструировал для французского правительства артиллерийское орудие, которое выпускало ядра весом пять фунтов со скоростью шестьдесят в минуту.

Пушка и генератор, демонстрировавшиеся в Политехническом институте в то время, когда мистер Пеппер был постоянным директором, были продукцией мистера А. М. Перкинса из Лондона, который изобрел совершенно новый метод генерации пара, успешно примененный к паровым двигателям, и он настолько прост, безопасен и экономичен, что не остается сомнений в том, что с его помощью паровая пушка вскоре займет место среди первых инструментов войны.

Пушка, за исключением нескольких незначительных механических деталей, не отличается от той, что была первоначально сконструирована мистером Джейкобом Перкинсом.

Новизна, которая отличает генератор от всех остальных, заключается в способе передачи тепла от огня к воде, не подвергая сам генератор воздействию огня. Это достигается посредством циркуляции в железных трубках потока горячей воды, который полностью отделен от воды, подлежащей испарению в генераторе, и независим от нее.

Ниже приведены основные преимущества, которыми обладает этот генератор перед всеми остальными: отсутствие какого-либо износа или порчи вследствие воздействия огня — важное качество для генератора, который должен подвергаться большому давлению, поскольку его первоначальная прочность остается неизменной; никакая авария не может возникнуть из-за нехватки воды в генераторе, и меры предосторожности, безусловно необходимые, когда генератор находится в контакте с огнем, совершенно излишни, так как воду можно сливать безнаказанно, не вызывая ни малейшего вредного эффекта, и грубейшая небрежность не влечет за собой худших последствий, чем неэффективная подача пара; взрыв генератора невозможен, так как температура змеевика печи всегда превышает температуру любой другой части аппарата, и, следовательно, будучи самой слабой частью, он неизменно первым уступает, когда давление превышает прочность труб; экономия топлива также достигается при небольшой площади поверхности огня. Циркуляция воды также оказывает эффект сохранения змеевика печи от разрушения, которому подвержены котлы; многие такие змеевики, которые находились в постоянном использовании в течение восьми лет, по-видимому, так же хороши, как и при первой установке.

Весь аппарат чрезвычайно прост и будет легко понят при обращении к прилагаемой схеме. (Рис. 370.)

Пар часто поднимали до давления 700 фунтов на квадратный дюйм, но одной трети этого давления достаточно, чтобы полностью сплющить пули при выстреле по железной мишени, находящейся в ста футах от пушки; а давление в 400 фунтов на квадратный дюйм на том же расстоянии разбивает пулю вдребезги, с появлением в темной комнате видимой вспышки света. Паровые пушки обычно устанавливаются на шаровом шарнире, который позволяет стволу свободно перемещаться во всех направлениях.

Теплопроводность газов также очень медленна, когда тепло подводится к верхней части любого слоя воздуха. Тепло, по-видимому, распространяется через воздух только за счет циркуляции и подъема нагретых и более легких слоев, а также опускания более холодных потоков, которые занимают их места; отсюда опасность сидения в комнате под открытым световым люком. Поток холодного воздуха может опуститься на голову человека, в то время как более теплый воздух находит другое отверстие, чтобы выйти наружу. Нет сомнений, что движение нагретых объемов воздуха подчиняется определенным законам, которые применяются в каждом случае, но их довольно трудно уловить, когда речь идет о вентиляции. Философствующий вентиляторщик часто ужасно мучается из-за инверсии всего, что он спланировал, или полного провала своего аппарата. Невозможно найти конкретный способ вентиляции, подходящий для всех комнат и зданий; они подобны пациентам врача, которых нельзя вылечить одним только лекарством, а необходимо лечение, адаптированное к каждому случаю. Если бы камины, свечи, газ или масляные лампы, двери, окна и дымоходы всегда находились под контролем научного вентиляторщика, его задача была бы очень простой, но хорошо известно, что система вентиляции, которая хорошо работает, если закрыты определенные двери, сообщающиеся с вестибюлями, выходит из строя, как только их случайно открывают. Бдительная забота вентиляторщика должна начинаться с самой нижней двери, и в своих расчетах он должен изучать эффект каждой другой двери или окна, которые могут быть открыты, так что если ученый человек берется за вентиляцию дома, у него должен быть хорошо составленный план, висящий в холле, и обитатели должны четко понимать, что любое вмешательство в этот план повредит всему делу.

Существует несколько общих принципов, которые помогут в вентиляции, и это, во-первых, подъем горячего и опускание холодного воздуха; во-вторых, если в верхней части комнаты предусмотрено отверстие для выхода горячего воздуха, должно быть оставлено столь же большое отверстие для входа холодного воздуха; в-третьих, отверстие для выхода горячего воздуха должно быть адаптировано по размеру к количеству людей, которые могут войти в комнату, и количеству горящих газовых или других светильников. В дневное время могут быть достаточны умеренные отверстия для выхода и входа воздуха, но они должны быть значительно увеличены ночью, когда комната заполнена людьми и освещена. Поэтому желательны расширяющиеся и сужающиеся отверстия, и они должны регулироваться правилами, изложенными в плане системы вентиляции (уже упоминалось, что он висит в холле) дома, который подчинился совершенной системе вентиляции, и ни одному швейцару, лакею или дворецкому не следует позволять оставаться на своем посту, если он не обязуется понять систему и правильно работать по письменным правилам.

Доктор Ангус Смит в очень способной статье «О воздухе городов» говорит: «Одно из условий здоровья, и самое важное, если не самое важное из всех, находится в состоянии атмосферы. Что касается влияния на жителей, вопрос становится чрезвычайно сложным; но отчеты Генерального регистратора являются неопровержимым ответом на результаты смертоносного влияния района. Мало кто, по-видимому, ясно представляет себе значение десятичного плана в процентах смертности, и мало кто ясно видит, что есть районы Англии, где смертность, по крайней мере в некоторые годы, и когда не возникает признанной эпидемии, в три раза выше, чем в других. Когда мы слышим, что ежегодная смертность в некоторых районах составляет 3,4 процента, а во всей Англии — 2,2, это просто означает, что умирает 34 вместо 22, хотя даже это сказано слишком слабо, так как вся Англия показала бы более низкий уровень смертности, если бы города не использовались для его увеличения».

Эта цитата приводится здесь, чтобы напомнить нашим читателям о важном вопросе снабжения чистым воздухом, а также чистой водой и чистой пищей; и если сельскохозяйственный рабочий, при всем своем воздействии переменчивой погоды, может занять первое место в шкале смертности и пережить представителей всех других профессий и занятий, очевидно, что важность чистого воздуха не переоценена.

Поэтому следует приложить все усилия в больших школах, больницах и казармах для обеспечения жесткой системы подачи свежего воздуха и канализации или удаления нечистого; и при использовании определенного теста, применяемого доктором Смитом для обнаружения органических веществ в воздухе, был получен ряд приближений, которые ясно продемонстрировали, что 1 гран органического вещества был обнаружен в 72 000 кубических дюймах воздуха в комнате, и такое же количество — в 8000 кубических дюймов, взятых из переполненного железнодорожного вагона.

Чтобы показать подъем нагретого воздуха, можно взять длинную стеклянную трубку диаметром около трех четвертей дюйма и держать ее над пламенем спиртовой лампы под углом шестьдесят градусов. По мере прогревания трубки нагретый воздух с большой скоростью устремляется мимо пламени и вытягивает или удлиняет его настолько, что острый кончик спиртового пламени часто можно увидеть на конце трубки длиной десять футов шесть дюймов. Пламя — это, так сказать, дорожный указатель, который указывает путь или направление воздуха. (Рис. 371.)

Fig. 371.

a b. Стеклянная трубка. c. Спиртовая лампа с очень большим фитилем; если немного эфира смешать со спиртом в лампе, это увеличивает длину пламени. d. Эффект подъема воздуха, усиленный прогреванием верха трубки лампой d.

По тому же принципу нагретый воздух можно затянуть вниз по короткому плечу сифона, при условии, что другое плечо достаточно длинное, чтобы придать сильную направляющую тенденцию восходящему потоку, и этот способ приведения воздуха в движение часто предлагался в многочисленных схемах вентиляции. Чтобы доказать факт, что перевернутый сифон будет действовать таким образом, можно согнуть во время строительства железную трубу диаметром три дюйма и длиной шесть футов в форму сифона так, чтобы короткая длина была около одного фута, а длинная — оставшиеся четыре фута, оставляя один фут на изгиб. Если внутреннюю часть длинного плеча сначала прогреть, сжигая в нем немного винного спирта с куска хлопка или пакли, смоченной в последнем (что можно легко сделать, опустив такой смоченный кусок в изгиб трубки так, чтобы он был как раз под отверстием длинной части трубки), воздух вскоре приводится в движение вверх по длинной трубе, и так как он должен снабжаться свежими объемами воздуха, чтобы занять место того, который поднимается, а так как единственный вход для свежего воздуха может быть только вниз по короткому плечу сифона, циркуляция вскоре начинается, и она продолжается до тех пор, пока верхнее плечо остается достаточно теплым. Если поднести пламя к отверстию короткого плеча, оно немедленно затягивается вниз, в то время как если держать его у отверстия длинной трубы, движение воздуха видно с помощью пламени в противоположном направлении. (Рис. 372.)

Fig. 372.

a b. Перевернутый сифон из листового железа. В точке c виден кусок пакли, смоченный спиртом, который, будучи подожженным, прогревает трубку b. d. Зажженный факел из окрашенного спирта, пламя которого затягивается вниз по трубке в точке a нисходящим потоком и устремляется вверх восходящим потоком b.

Этот план вентиляции предлагалось использовать в комнатах в связи с дымоходом и каминной полкой, и чтобы придать ему декоративный вид, каминная полка была снабжена двумя декоративными полыми колоннами, концы которых были открыты на каминной полке, а трубки или колонны продолжались под очагом, проходя за решеткой и входя в дымоход, в котором был бы постоянный поток нагретого воздуха, и ожидалось, что сифонное устройство будет поддерживать поток воздуха всегда в движении и тем самым помогать вентилировать комнату. (Рис. 373.) Этот план, однако, по-видимому, не был принят, и мудро, потому что в половине случаев сифонное устройство могло инвертировать само себя и извергать дымный воздух из дымохода в комнату; действительно, удивительно, какие странные и противоречивые выходки совершаются потоками воздуха. Автор помнит случай, когда две комнаты на одном этаже, одна столовая, а другая гостиная, всегда демонстрировали самые абсурдные явления дыма. Если огонь в одной комнате зажигали, то другая через несколько мгновений начинала пахнуть точно так же, как внутри газового завода, и была, конечно, более или менее заполнена дымом, в то время как комната, в которой действительно горел огонь, оставалась совершенно свободной от этого неудобства. Дым, казалось, исходил из обшивки или молдинга, который идет вокруг нижней части стены, и сначала считался утечкой из дымохода кухни внизу, внутренняя часть которого была должным образом осмотрена и тщательно заделана цементом в каждом месте, которое могло служить каналом для дыма, и щель, откуда исходил дым, также была аккуратно заполнена цементом. Но все было напрасно; дым затем пробился из другой части карниза, и, наконец, комнаты продемонстрировали прекрасное возвратно-поступательное действие. Если зажигали огонь в гостиной, столовая была полна дыма, а если зажигали последнюю, первая получала приятное посещение. Наконец, осмотрели задние части обеих решеток, и в каждой обнаружили отверстие диаметром около одного дюйма; также было обнаружено, что пространства за печами не были должным образом заполнены и, действительно, сообщались с полым пространством за карнизом. Поэтому, когда огонь зажигали и уголь насыпали как раз над отверстием, газ и дым дистиллировались через отверстие и путешествовали дальше, где находили наиболее удобный выход; и этот факт печально противоречит (по-видимому) теории, потому что можно было бы считать, что холодный воздух устремится к огню, и что тяга должна была быть от карниза к дымоходу, а не наоборот. Факт, по-видимому, заключается в том, что уголь во всех решетках в процессе горения дистиллируется и выделяет воспламеняющийся газ; когда уголь, следовательно, был навален над отверстием и, возможно, спекся твердо сверху, газ, дистиллирующийся из него, выходил легче из маленького отверстия, чем где-либо еще, и случай определил, что канал или подающая труба должны быть в направлении гостиной, когда огонь горел в столовой, и в противоположном направлении, когда огонь зажигали в последней комнате. Неудобство было устранено путем затыкания отверстий в задней части решетки глиной и наложения листа железа на отверстие.

Fig. 373.

a b. Каминная полка, поддерживаемая на двух полых декоративных колоннах, соответствующих короткому плечу сифона. c c c. Пунктирная линия, показывающая трубы, ведущие от каждой колонны под очагом и заканчивающиеся длинной трубой, проходящей в дымоход. Стрелки показывают путь воздуха, спускающегося с каминной полки и поднимающегося в дымоходе.

До того, как доктор Фарадей был назначен научным советником для содействия обсуждениям Совета Тринити в связи с маяками, все лампы сжигались в фонарях с самым маленьким и самым несовершенным устройством для отвода нагретого воздуха и продуктов сгорания; как естественное следствие, и особенно холодными ночами, окна фонаря маяка были покрыты льдом, полученным от конденсации воды, образующейся при сгорании водорода масла, в то время как углерод генерировал такие количества углекислого газа, что смотрители маяка не могли оставаться в фонаре, и если были вынуждены посещать последний (во время осмотра для улучшения света любой отдельной лампы, которая могла гореть тускло), они были почти подавлены избытком углекислого газа и заявляли в своих показаниях, что это вызывало головную боль, тошноту и склонность к бесчувственности. Фарадей немедленно установил систему вентиляции; и путем прикрепления медной трубки к верху каждой дымовой трубы лампы и центрирования их всех в одной большой воронке, проходящей к верху маяка, вся вода, которая ранее конденсировалась на стеклянных окнах и препятствовала свету, помимо повреждения латунных и медных фитингов, была отведена, как и ядовитый углекислый газ; и таким образом, как выразился доктор Фарадей, к лампам маяков была применена полная система канализации.

Если какая-либо из многочисленных историй о кораблях, спасенных маяком Эддистоун, могла продемонстрировать больше, чем другая, ценность этого маяка посреди океана, это должен быть графический отчет в «Таймс» о доблестном поведении британского адмирала со своим флотом во время преодоления ужасного шторма в октябре 1859 года и попытки достичь Плимут-Саунд:—

«Именно в субботу, 22 октября, «Герой», «Трафальгар», «Алжир» и «Абукир» в сопровождении «Мерси», «Эмеральда» и «Мельпомены» вышли в море из Квинстауна. До второй половины дня понедельника эскадра не встретила никаких примечательных приключений, но примерно в это время, сразу после того, как экипажи были упражнены в артиллерийской практике, начались сильные штормы из града и мокрого снега. Тем не менее, не было никаких непосредственных признаков надвигающейся бури, и на закате марсели были взяты на два рифа, а курсы зарифлены на ночь, без особого характера ветра, кроме крайней изменчивости. Когда наступило утро вторника — дня шторма — был замечен Лэндс-Энд, а дождь и ветер продолжали усиливаться. Около девяти часов утра приход шторма стал уже несомненным; брам-реи были спущены на палубу, а брам-стеньги убраны, и с флагмана был дан сигнал: «Сформировать две колонны; сформировать линию баталии; адмирал попытается идти в Плимут». Соответственно, курс флота был проложен на Плимут, но ветер усилился настолько ужасно, что стало очень сомнительно, смогут ли кормовые линейные корабли вообще войти в Саунд. После этого адмирал решил повернуть флот вместе, отойти и встретить шторм лицом к лицу, маневр, который в условиях больших трудностей был выполнен весьма доблестно. Корабли находились в непосредственной близости от маяка Эддистоун, вокруг которого они «метались, как дельфины», под огромным давлением шторма, причем «Трафальгар» остановился посреди шторма, чтобы подобрать человека, упавшего за борт. Вся эскадра теперь отошла от земли, «Мерси» и «Мельпомена» убрали паруса, а первое судно шло на парах, «как океанский гигант». Тем не менее шторм усиливался до трех часов дня, когда произошло то замечательное явление, которым характеризуются эти вращательные бури. Флот попал в самый центр шторма, «глаз» торнадо, и, хотя море вздымалось и разбивалось огромными валами повсюду, ветер внезапно стих и засияло солнце. Однако, когда сигнал был дан и выполнен для постановки парусов снова, корабли вскоре снова столкнулись со штормом — не, как прежде, с юго-востока, а с северо-запада — и с большей силой, чем когда-либо. Это был теперь настоящий ураган; и в течение трех часов вся ярость бури обрушилась на эскадру. Когда он, наконец, начал немного стихать, четыре линейных корабля и один из фрегатов все еще были вместе и все чувствовали себя хорошо. «Мерси» и «Эмеральд» вошли на парах в Плимут, но пять оставшихся судов держались в разомкнутом строю всю ту ужасную ночь, поворачивали по очереди по ночному сигналу около часа ночи, увидели землю на рассвете, сформировали линию баталии, величественно вошли в Ла-Манш под парусами со скоростью одиннадцать узлов в час, вошли на парах в Портленд и «встали на якорь без потери паруса, рангоута или каната».

После внесения важного улучшения в вентиляцию маяков многие письма были адресованы ученому философу многочисленными смотрителями маяков, одно из которых на простом, но поразительном языке гласило, что «враг (намекая на воду и углекислый газ) теперь изгнан».

Британский флот огибает маяк Эддистоун во время великого шторма в октябре 1859 года.

За остроумным изобретением, о котором упоминалось, последовало другое, столь же простое, но философское устройство, которое доктор Фарадей представил своему брату, и оно было должным образом запатентовано. Оно состояло из устройства для вентиляции газовых горелок, и должно быть очевидно, что существует необходимость в такой вентиляции, потому что каждый кубический фут угольного газа при сгорании дает немного больше кубического фута углекислого газа. Фунт веса обычного угольного газа содержит около 3/10 своего веса водорода, который при сгорании дает два фунта и 7/10 фунта воды. Фунт обычного угольного газа также содержит около 7/10 своего веса древесного угля, который при сгорании дает чуть более двух с половиной фунтов углекислого газа, а именно 2,56. Для сжигания этого количества газа требуется девятнадцать кубических футов и 3/10 фута атмосферного воздуха, содержащего 4,26 кубических фута кислорода.

Fig. 374.

a b. Газовая труба и горелка Арганда; воздух входит, как обычно, вверх по центру Арганда. c c. Первый стеклянный дымоход, открытый сверху. d d. Второй стеклянный дымоход, закрытый сверху, с диском из двойного талька, надевающийся на c c и оставляющий пространство между двумя стеклами, вниз по которому проходит воздух и попадает в вентиляционную трубку e e. h h. Матовый стеклянный шар, закрытый сверху и окружающий все устройство.

[I] Мистер Фарадей с Уордор-стрит поставляет эту вентиляционную лампу.

Поэтому неудивительно, что, поскольку обычный угольный газ иногда очищается небрежно и содержит следы сероводорода с некоторым количеством паров сероуглерода, он должен оказывать наиболее вредное воздействие в плохо вентилируемых комнатах, и особенно в некоторых из тех стеклянных ящиков, приютившихся в больших деловых местах, где клерки вынуждены сидеть много часов подряд, освещаемые газом и дыша своим собственным дыханием и продуктами сгорания от газового света, тем самым подвергая себя риску заболеваний легких, а также очень неприятным приступам горла, когда они покидают свои тесные стеклянные ящики и выходят в холодный ночной воздух. Опасным продуктом сгорания обычного угольного газа является сернистая кислота, а именно тот же газ, который образуется при сжигании серной спички; и если она атакует переплеты книг и повреждает мебель, товары в магазинах, занавески и т. д. из-за большого количества воды, с которой она сопровождается, насколько более вероятно, что она повредит нежный организм дыхательного аппарата легких? Лампа доктора Фарадея, следовательно, является большим благом, но, как и многие другие умные вещи, она должна быть адаптирована к потокам воздуха и тяге из комнаты; и должны быть приняты меры для предотвращения того, чтобы тяга в лампе Фарадея стала слишком мощной, иначе осветительная способность разрушается из-за полного сгорания углерода угольного газа, и генерируемое тепло настолько интенсивно, что стекла вскоре трескаются и, конечно, становятся бесполезными. Лампа будет работать очень хорошо, если (как уже было сказано) тяга в вентиляционной трубе не слишком велика.

Система, уже объясненная и проиллюстрированная, также осуществляется в гораздо большем масштабе при вентиляции угольных шахт, где обычно в землю пробивается шахта для доступа воздуха, который, после циркуляции через запутанные извилины и лабиринты выработок угольной шахты, наконец выходит из другой шахты, на дне которой помещена мощная печь, и она поддерживается горящей день и ночь, так что движение воздуха поддерживается в одном направлении, а именно: от наружного воздуха вниз по шахте, называемой нисходящей, оттуда к галереям, где работают забойщики угля, ко второй шахте, возле которой помещена печь, и вверх по этой последней воздух путешествует; шахта, яма или воронка очень уместно называются восходящей.

Если печью на дне восходящей шахты пренебречь, вентиляция может быть просто сбалансирована или направлена слегка в сторону нисходящей шахты; при этих обстоятельствах углекислый газ от огня начнет циркулировать в галереях и отравлять тех, кто не знает о его присутствии и не принимает надлежащих мер для спасения. Такие несчастные случаи, среди множества других, которые происходят в угольной шахте, действительно были зафиксированы; и пожарные, в чьи обязанности могло входить следить за правильным горением печи, должны были заплатить ценой смерти за свою собственную небрежность, заснув и пренебрегая поддержанием вентиляции шахты в одном направлении. (Рис. 375.)

Fig. 375.

Секция, показывающая две воздушные шахты. a. Нисходящая шахта. b. Восходящая шахта. c c. Одна из рабочих галерей в связи с восходящей и нисходящей шахтами. d. Печь на дне восходящей шахты. На этом эскизе показана только одна галерея, чтобы избежать путаницы и показать принцип.

Эти детали вполне достаточны, чтобы продемонстрировать способ, которым тепло распространяется через воздух, в то время как разрежение воздуха теплом предполагает причину тех ужасных ветряных штормов, которые устремляются из других и более холодных частей поверхности земного шара, чтобы заполнить пустоту, созданную охлаждением и сжатием огромных объемов газообразного вещества.

Излучение тепла.

Когда лучи тепла испускаются раскаленным веществом, они не обязательно видимы, более того, они обычно невидимы и не сопровождаются проявлением света, и проходят с большой скоростью через пустоту или вакуум, а также через воздух и некоторые другие тела. Из того, что было сказано относительно способа, которым воздух, постоянно двигаясь и посредством конвекции, уносит тепло, можно было бы подумать, что не существует доказательств того, что невидимые лучи тепла действительно исходят от шара, наполненного кипящей водой. Но этот вопрос снимается тем фактом, что такой шар будет быстро остывать, будучи подвешенным на нити внутри приемника воздушного насоса, из которого был удален атмосферный воздух, так что никакая проводимость частиц воздуха не могла бы удалить тепло.

В 1786 году полковник сэр Б. Томпсон исследовал относительную проводимость воздуха и торричеллиева вакуума — последний использовался потому, что, как заявил экспериментатор, было невозможно получить идеальный вакуум из-за влажных паров, которые испарялись из мокрой кожи и масла, используемых в машине, ибо в то время тщательно притертые латунные пластины не использовались в воздушных насосах, а только пластины с круговым куском мокрой кожи на них. В статье, которую полковник сэр Б. Томпсон зачитал перед Королевским обществом, он заявил, что «Оказывается, что торричеллиев вакуум, который обеспечивает столь легкий проход электрическому флюиду, отнюдь не являясь хорошим проводником тепла, является гораздо худшим, чем обычный воздух, который сам по себе считается одним из худших; ибо когда колба термометра была окружена воздухом, и прибор был погружен в кипящую воду, ртуть поднялась с 18° до 27° за сорок пять секунд; но в предыдущем эксперименте, когда он был окружен торричеллиевым вакуумом, ему потребовалось оставаться в кипящей воде одну минуту тридцать секунд, чтобы приобрести эту степень тепла. В вакууме ему потребовалось пять минут, чтобы подняться до 48-2/10°; но в воздухе он поднялся до этой высоты за две минуты сорок секунд; и пропорция времен в другом наблюдении была почти такой же».