Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

прос придется ответить так: ничего, кроме удлинения в столбике нагретой ртути.

Ну а если ртуть заменить другим вещест­вом: газом или каким-либо твердым телом, которое также расширяется при нагревании, что будет тогда? Что будут показывать по­строенные на иной основе термометры?

Представим себе, что такие термометры мы сделали. Одни из них мы заполнили ртутью, воздухом, другие изготовили целиком из желе­за, меди, стекла. Точно установим на каждом из них постоянные точки: в тающем льду 0°, в кипящей воде 100°.

Попробуем теперь измерять температуру. Окажется, что, когда воздушный термометр покажет, например, 300°, другие термометры будут показывать:

ртутный 314,1°,

железный 372,6°,

медный 328,8°,

стеклянный 352,9°.

Какая же из этих «температур» правильна: «воздушная», «ртутная», «железная», «медная» или «стеклянная»? Ведь каждое из испытанных нами веществ показывает свою собственную температуру. Еще интересней повел бы себя «водяной» термометр. В пределах от 0° до 4° Ц он показывал бы при нагревании понижение температуры.

Можно, конечно, попытаться выбрать вме­сто теплового расширения какое-нибудь дру­гое свойство вещества, изменяющееся при на­гревании. Можно, например, построить термо­метры на основе изменения (при нагревании) упругости пара жидкости (например, спир­та), электрического сопротивления (например, платины), термоэлектродвижущей силы (термо­пара). В наше время такие термометры широко применяются в технике.

При условии предварительной калибровки по двум постоянным точкам такие термометры, например, при 200°Ц будут показывать: спир­товой (по упругости пара) 1320°, платиновый (по сопротивлению) 196°, спай платины и спла­ва ее с родием (термопара) 222°.

Так какая же из всех этих разных «тем­ператур» настоящая? Как и чем нужно изме­рять температуру?

Прежде чем ответить на эти вопросы, сле­дует уяснить себе самое важное в них — их точное содержание и смысл: «чем нужно изме­рять температуру». Почему такой «простой» вопрос вообще может возникать?

Чем мы измеряем длину? Метрами. Метр — это длина линейки эталона, который ученые

очень бережно хранят, чтобы он не пропал и не испортился. Чем мы измеряем объемы? Можно измерять литрами. Литр — это объем, равный одному кубическому дециметру. А чем мы измеряем температуру?

Эти вопросы совершенно сходны, но ответы на них принципиально различны. Если мы сольем в бочку несколько ведер холодной воды, то бочка будет заполнена водой. Сумма объемов воды в ведрах будет равна объему бочки. Но сколько бы холодной воды вы ни влили в бочку, горячей воды при этом не полу­чится. Рассуждение это совсем не смешно и не наивно, и факт этот вовсе не очевиден сам собой. Это очень важный закон природы, к которому мы просто привыкли, потому что знаем его из опыта. Из нескольких коротких палок можно составить одну длинную, соеди­нив их между собою встык. Но нельзя сложить температуру раскаленного угля из печи и тем­пературу куска льда. Раскаленный уголь от этого не станет более горячим.

Измерять температуру, подобно тому как измеряют длину, объем, массу, нельзя потому, что температуры не складываются. Невозможна такая единица температуры, которой можно непосредственно измерять любую температуру, подобно тому как метром можно измерить любую длину. Объем, длина, масса — примеры экстенсивных свойств системы. Если железный стержень разделить на несколько частей, тем­пература каждой из них от этого не изменится. Температура — пример интенсивных свойств системы. Непосредственно установить число­вое соотношение между различными темпера­турами невозможно и бессмысленно.

Но ведь измерять температуру необходимо. Так как же ее измерять, если ее нельзя изме­рить методом, пригодным для измерения экстен­сивных величин?

Для этого возможен только один путь — использовать объективную связь между темпера­турой и любой экстенсивной величиной: изме­нением объема, длины, отклонением стрелки гальванометра и т. п.

Поэтому ответ на вопрос — какая из пере­численных выше различных «температур» на­стоящая — может показаться с первого раза странным: все они равноправны. Любое свой­ство системы, зависящее от температуры, мо­жет быть выбрано для ее характеристики и измерения.

Термодинамика сумела указать способ и вещество, которое позволяет осуществить тем­пературные измерения наиболее целесообразно.

144