5. БОЛЕЕ ПОДРОБНО О ТЕПЛОТЕ

Как мы уже говорили выше, наши предки, начиная с Чарли, в течение многих веков на опыте узнавали все больше и больше о тепловых явлениях и все шире применяли их практически. К середине XVIII в. ружье стало наиболее употребительным оружием, а паровая машина в значительной степени заменила мускульную силу. Но природа теплоты еще не получила объяснения; не было построено и модели, которая позволила бы понять тепловые взаимодействия. В данной главе мы обратимся к этой проблеме и рассмотрим некоторые первые идеи относительно природы теплоты.

ТЕПЛООБМЕН — ЭТО ПРОЦЕСС

Согласно довольно распространенному мнению, процесс обучения человечества во многом подобен процессу обучения индивидуума. Пытаясь правдоподобным образом представить опыт древнего Homo sapiens в обращении с тепловыми явлениями, мы, конечно, опираемся в значительной степени на свои собственные индивидуальные простейшие чувственные ощущения. В качестве отправной точки для дальнейшего рассмотрения суммируем этот первоначальный опыт, используя те сведения, которыми мы теперь располагаем благодаря развитию термометрии и введению понятия температуры.

1. При описании результатов эмпирического знакомства с тепловыми явлениями, основанного на чувстве осязания, мы говорим, что одни тела горячее, чем другие. Чем горячее тело, тем выше его температура.

2. Когда два тела, имеющие различную температуру, приводятся в контакт друг с другом, горячее тело охлаждается, а холодное нагревается. Иначе говоря, разность их температур уменьшается и в конце концов стремится к нулю, по мере того как состояние тел приближается к тепловому равновесию.

3. Некоторые материалы, помещенные между двумя телами с различной температурой, замедляют скорость изменения их температуры. Такие материалы называются теплоизолято - рами.

Поразмышляем теперь немного о том, что происходит, когда два тела с разной температурой приводятся в контакт. Мы видим, что температура одного из них повышается, а другого — падает. Так происходит всегда, поэтому можно сказать, что существует корреляция, или соответствие, между изменениями температуры каждого из тел. Всякий раз, когда существует однозначная корреляция между наблюдаемым изменением в одной системе (теле) и наблюдаемым изменением в окружающей среде (или другой системе), мы предполагаем, что имеется связь между этими изменениями. По существу, это предположение является исходным для построения любой науки.

Иногда существование взаимодействия вполне очевидно, причем ясен и его вид. Например, как показано на рисунке, когда Чарли тянет вниз рычаг внутри системы, груз вне системы поднимается. Следовательно, здесь имеет место взаимодействие, осуществляемое посредством работы. Но даже если мы не знаем, как объяснить или описать связь, мы убеждены, что она существует, поскольку имеет место корреляция. Входя в комнату и щелкая выключателем, вы уверены, что зажжется свет, хотя и не видите проводов в стене; иными словами, вы уверены в существовании причинно-следственной связи между щелчком выключателя и зажиганием света. В самом деле, если бы Чарли попал в наше время и впервые столкнулся с явлением «щелчок выключателя — зажигание света», то после нескольких попыток он был бы полностью уверен в существовании причинно-следственной связи, даже не имея никакого понятия об электричестве. Часто люди понимали, что одно из явлений — причина другого, но не могли выяснить природу связи между ними. Так, существование связи между появлением облаков и выпадением дождя было известно задолго до того, как был понят механизм выпадения осадков.

Когда между изменением в системе и изменением в другой системе или в окружающей среде существует устойчивая корреляция, мы говорим, что между системой и средой (или другой системой) имеет место взаимодействие.

Опора есть — и шар земной егко поднимет наш герой.

Таким образом, когда два тела с различной температурой приводятся в контакт друг с другом, они взаимодействуют, поскольку температура обоих тел изменяется. Мы условились называть такое взаимодействие теплотой (или теплообменом). Назвать что-то, что происходит между двумя телами с различными температурами, передачей теплоты легко. Гораздо труднее объяснить это «что-то». Мы абсолютно уверены в существовании этого взаимодействия, даже если не можем сказать о нем ничего, кроме того, что в операционном смысле имеет место корреляция между изменениями температуры двух находящихся в контакте тел. Такая корреляция есть необходимое и достаточное свидетельство существования взаимодействия между телами.