Історія промислового застосування теплових двигунів починається з парової машини, яку створив англійський учений Джеймс Ватт у 1768 р. (рис. 17.1). Протягом декількох років Ватт удосконалював її конструкцію. З 1775 р. машини Ватта почали широко застосовувати в шахтах і на металургійних заводах Англії. У XX ст. на зміну першим паровим машинам прийшли сучасні двигуни внутрішнього згоряння, парові й газові турбіни, реактивні двигуни. У цьому параграфі ви дізнаєтеся, як працюють деякі з них.

Фізично розвинена людина може за добу виконати роботу, що дорівнює близько 1 млн джоулів. Середньодобове споживання енергії одним жителем Землі є більшим у сотні разів. З усієї енергії, яку споживає людина, близько 90 % становить енергія палива. На обігрівання приміщень і готування їжі йде тільки незначна частина цієї енергії — переважно людина використовує енергію палива, перетворюючи її на механічну. Як це відбувається і за яких умов є можливим таке перетворення?

Візьміть коробку із сірниками, витягніть один сірник. Перед вами — два холодних твердих тіла. Але якщо потерти головку сірника об коробку, сірник спалахне. Звідки береться ця енергія? Завдяки виконаній роботі? Алє ж якщо навіть довго й із зусиллями терти сірник другим кінцем, стільки тепла не виділиться. Відповіді на зазначені запитання ви знайдете в цьому параграфі.

До якої температури можна нагріти воду? Чи є сенс збільшувати потужність пальника, щоб прискорити готування борщу? як закип'ятити воду за допомогою снігу? на деякі з цих питань ви знайдете відповіді в цьому параграфі, на деякі зможете відповісти самі після його вивчення.

Чому, виходячи з річки спекотного літнього дня, ми відчуваємо прохолоду? Куди зникають калюжі після дощу? Для чого в спеку собака висуває язика? Чому, якщо хочемо остудити руки, ми на них дмемо, а якщо хочемо зігріти, то дихаємо? щодня можна поставити собі безліч таких запитань. У цьому параграфі ви знайдете відповіді на деякі з них.

На фото зображено кристалічні речовини (сталь і лід) однакової маси, які перебувають за температури, близької до температури плавлення. Ви добре знаєте: щоб розплавити ці речовини, їм слід передати певну кількість теплоти. Чи однакову кількість теплоти необхідно передати льоду і сталі, щоб перевести їх у рідкий стан? З'ясуємо.

Чи замислювалися ви над тим, чому грудочка снігу в руці тане? Чому утворюються крижані бурульки і коли вони утворюються — у відлигу чи, навпаки, в мороз? як охолодити трохи снігу без морозильної камери? Чому шматочок свинцю можна розплавити в сталевій ложці, а шматочок сталі у свинцевій — не можна? Вивчивши матеріал цього параграфа, ви зможете відповісти на ці запитання.

Чи доводилось вам бачити морозним зимовим днем швидку гірську річку? навколо лежить сніг, завмерли дерева, вкриті інеєм, що сяє в сонячних променях, а вода в річці не замерзає. надзвичайно чиста, прозора, вона тече, розбиваючись об обмерзле каміння. Чому вода не замерзає? Чому з'явився на деревах іній? У чому відмінність води і льоду? У цьому параграфі ви обов'язково знайдете відповіді на ці запитання.

Вивчаючи механічні явища, ви вже ознайомились із законом збереження і перетворення енергії. Цей фундаментальний закон справджується для всіх процесів у природі, в тому числі для процесу теплопередачі. Математичним вираженням закону збереження енергії в процесі теплопередачі є рівняння теплового балансу. Ознайомимося з цим рівнянням і навчимося застосовувати його для розв'язання задач.

На запитання: «Що швидше нагріється: 200 чи 300 грамів рідини?» — хтось швиденько відповість, що двісті: зрозуміло ж бо, що триста грамів нагріватимуться довше. І ця відповідь, можливо, буде правильною, а можливо — ні. Отже, не кваптеся з висновками, з'ясуємо все послідовно.

З'ясовуємо, від чого залежить кількість теплоти, необхідна для нагрівання.