Termometr rtęciowy 25 badania: w pomiarach ścisłych staramy się zawsze polegać na wrażeniach

wzrokowych, od wszelkich zaś innych, niejasnych i nieuchwytnych albo wręcz

kłamliwych wrażeń zmysłowych chcemy być niezależni. Nie posługujemy się; naprzykład niemal nigdy w pomiarach wrażeniami zapachu lub smaku; staramy się wyrugować niedokładne i niepewne cieplne wrażenia, a nawet stosunkowo- subtelne wrażenia słuchowe. Taką ukrytą pobudką kierowali się, zapewne nie­ świadomie, G a l i l e u s z i jego następcy, gdy starali się oprzeć budowę termo­ metru na cieplnej rozszerzalności ciał materjalnych. W dokładnem poznawaniu, zjawisk natury ufamy przedewszystkiem wskazówkom wzroku.

§ 13. Termometr rtęciowy.

Gdy temperatura podnosi się, przyrost objętości cieczy za­ wartej w termometrze (rys. 15) musi zmieścić się w szyjce przy­ rządu. Oznaczmy przez

V

objętość kuli balonu czyli t. zw.

na­

czynia

termometru; przez

S

rozumiejmy pole poprzecznego prze­ cięcia rurki, przez

h

przemieszczenie powierzchni alkoholu w tej rurce. Ponieważ przyrost objętości

Sh

jest wprost proporcjonalny do

V,

zatem

h

jest wprost proporcjonalna do

V,

odwrotnie pro­ porcjonalna do

S.

Mamy zatem dwa sposoby powiększenia czu­ łości termometru: możemy uczynić objętość

V

możliwie naj-

większą albo też pole 5 Ijj1 możliwie najmniejszem. U Pierwszy sposób pocią- !'*! gałby za sobą znaczne niedogodności; termo­ wi ’ metr, mający spore na­ czynie, byłby nieporęcz­ ni ny i gruby, nie mieliby-

i

śmy z niego nieraz ża­

dnego pożytku. Dlatego

j

do budowy termometrów posługujemy się raczej t. zw.

wtoskowatemi

(albo

kapilarnemi)

rurkami,

których przecięcia mają pola niewielkie; używając takiej rurki, możemy zmniejszyć rozmiary

naczyńka^

Rys. 16. nie poświęcając czułości przyrządu.

Rys. 16 wyobraża czuły typ termometru rtęciowego. Ażeby naczyńko wy­ pełnić rtęcią, postępujemy metodą, którą wyjaśnia rys. 17. Nalana do małego- lejka L, rtęć nie przepływa do naczyńka N pod wpływem ciężkości; ażeby ją.

“26

O cieplnej równowadze materji Rozdz. II

zmusić do przepłynięcia, ogrzewamy ostrożnie powietrze w naczyńku; powietrze to rozszerza się i uchodzi w postaci banieczek, które przeciskają się przez rtęć; gdy przestajemy ogrzewać, pozostałe powietrze kurczy się, ciśnienie zewnętrz­ nego powietrza wciska wówczas nieco rtęci do naczyńka. Gdy ogrzewamy po­ wtórnie, uchodzi reszta powietrza wraz z parą gotującej się rtęci. Po ostudzeniu naczyńko i rurka napełniają się rtęcią; zatapiamy wówczas rurkę w płomieniu dmuchawki. We wnętrzu tak przygotowanego termometru znajduje się tylko rtęć, która po ostudzeniu wypełnia szczelnie naczyńko i małą część rurki; nad ciekłą rtęcią znajduje się tylko znikoma ilość rozrzedzonej pary rtęciowej.

§ 14. O stałej i powszechnej skali temperatur.

Przyrząd, który opisaliśmy w artykułach poprzednich, nazy­ waliśmy

termometrem

; atoli, etymologicznie rzecz biorąc, nie powinniśmy byli nadawać mu tej nazwy. Nasz przyrząd w isto­ cie

wskazuje

temperatury, ale nie pozwala ich

mierzyć

; według zasad poprawnego słownictwa powinni byliśmy nazywać go

termoskopem.

Lecz nawet jako termoskop, ten przyrząd jest nie­ doskonały; wskazuje wprawdzie temperatury, ale nie pozwala

ich

odtwarzać.

Wyobraźmy sobie, że pewien termometr rtęciowy

T

zanurzyliśmy w wodzie

W;

słupek rtęci, po ustaleniu się rów­ nowagi cieplnej, sięga do pewnej kreski

a.

Jeżeli, wprowadziw­ szy termometr

T

w zetknięcie z jakiemkolwiekbądź ciałem C, widzimy, że powierzchnia rtęci zatrzymuje się znów przy kresce

a,

możemy twierdzić, że ciało

C

ma

tę samą

temperaturę (po­

wiedzmy temperaturę

a),

którą miała woda

W.

Gdyby jednak termometr.

T

został stłuczony lub zagubiony, nie mielibyśmy możności ponownego wytworzenia temperatury

a

; wraz z przy­ rządem zaginęłoby samo pojęcie. Termometr

T

jest

unikatem

; •gdybyśmy nie pogłębili zasad termometrji, każdy termometr byłby unikatem czyli jedynym istniejącym okazem, podobnie jak wzorzec pierwotny metra lub kilograma. Alę możemy spo­ rządzać ścisłe kopje wzorców długości i masy, kopij zaś termo­ metrów nie możemy sporządzać lub chyba z niemałą trudnością.

Streszczamy się ostatecznie we wniosku, że (w dotychczaso wem naszem pojmowaniu) termometr miałby ograniczoną donio­ słość i wartość; musimy widocznie szukać w termometrji nowej zasady; musimy w niej szukać temperatur stałych, niezmiennych i tak określonych, ażeby je każdy mógł dowolnie odtwarzać. Takie temperatury nazywamy

stalemi punktami termometrycz-

O reakcjach

27

na nich

skalą termometryczną

czyli układ ciągły temperatur, układ niezmienny i powszechny, układ niezależny od użytego termometru a więc odtwarzalny. Główną myśl takiej skali wska­ zał N e w t o n w r. 1701-ym. Ażeby zrozumieć zasadę tej skali, musimy odejść chwilowo od dotychczasowego naszego przed­ miotu; musimy przenieść się do nowego zakresu zjawisk i spo­ strzeżeń.

§ 15 O reakcjach.

Śród ciał, które nas otaczają, dostrzegamy niezliczone ro­ dzaje i gatunki materji. Niektóre z pomiędzy tych odmian mogą przeobrażać się w inne. Z lodu możemy otrzymać wodę ciekłą; wodę ciekłą możemy przemienić w parę wodną; z wody naod- wrót możemy uzyskać lód, parę wodną możemy zmusić do przekształcenia się w ciekłą wodę. Możemy zmieszać tlen z azo­ tem lub wodę z alkoholem; z

mieszanin

, które tworzą się wów­ czas, możemy wyosobnić składniki. Możemy rozpuścić cukier w wodzie lub jod w alkoholu ; otrzymujemy

roztwory

, z których umiemy wydobyć ciało rozpuszczone albo też rozpuszczalnik. Z tlenu możemy sporządzić ozon, z ozonu możemy powrócić do tlenu. Węgiel, sód albo siarkę możemy połączyć z tlenem ;• mo­ żemy sprawić, ażeby utworzone

związki

rozpadły się i oddały nam napowrót swoje składniki. W różnorodnych zatem i niezli­ czonych zjawiskach jedne gatunki i rodzaje materji przeradzają się w inne ; takie zjawiska nazywamy ogólnie

reakcjami.

W atmo­ sferze naszej planety, w głębi oceanów i mórz, w łonie zienu skich pokładów, w organizmach roślin, zwierząt i ludzi, w na­ szych mieszkaniach, warsztatach i fabrykach mnogie, różne i ważne reakcje odbywają się nieustannie.

Reakcje materji są poddane pewnym prawom zasadniczym ; znamy już jedno, zwane

zasadą zachowania masy

(§ 38 tomu T-go). Według tego prawa, jak wiemy, suma mas wszystkich ■ciał, uczestniczących w jakiejkolwiek reakcji, pozostaje nie­ zmienna. Inne prawa reakcyj poznamy w niniejszym tomie tej książki.

Podług wielu podręczników, wypada odróżniać fizyczne od chemicznych

Teakcyj. Istotnie, prawa reakcyj materji musimy studjować w dwóch siostrza­ nych naukach, w fizyce i w chemji. Topienie się lodu nazywamy pospolicie fizyczną, palenie się siarki nazywamy chemiczną reakcją. Ale ten podział jest

28

_{O cieplnej równowadze materji Rozdz. II}

nam tylko z praktycznych względów potrzebny; co do istoty rzeczy jest do­ wolny, powierzchowny i sztuczny. Istnieje mnóstwo reakcyj, o których nie mo­ żna zasadnie powiedzieć, czy powinny zaliczać się do fizycznych, czy do che­ micznych reakcyj. Pytanie tak postawione jest próżne. W nieograniczonej roz­ maitości swoich objawów przyroda nie troszczy się o ludzkie podziały. Praw­ dziwe, głębokie prawa tak zwanych fizycznych i tak zwanych chemicznych

reakcyj są identyczne.

§ 16. Równowaga wody i lodu. Zero Celsjusza.

Jako prosty przykład materjalnej reakcji możemy przytoczyć zjawisko

topienia się

wraz-.z przeciwnem mu zjawiskiem

zamar­

zania

albo

krzepnięcia.

Umieśćmy w naczyniu pewną ilość śniegu lub potłuczonego lodu i dolejmy nieco wody; włóżmy termometr rtęciowy do mie­ szaniny i mieszajmy ją łagodnie. Powierzchnia rtęci w termo­ metrze stoi wówczas niezmiennie w pewnej wysokości. Tempe­ raturę, którą ma lód topiący się lub woda marznąca na wolnem powietrzu, przyjęto nazywać

zerem Celsjusza-,

temperaturę tę wskazuje zatem termometr, umieszczony we wspomnianej mie­ szaninie. Spróbujmy do mieszaniny dodawać albo odejmować od niej lodu; spróbujmy jej dodawać lub ujmować wody. D o­ póki zarówno woda jak lód są obecne w mieszaninie, termometr wskazuje w niej niezmiennie zero C e l s j u s z a . Spróbujmy wsta­ wić mieszaninę do ciepłej wody; lód w mieszaninie zaczyna zaraz się topić, ale słupek rtęci termometru wskazuje nieruchomo zero, podnosi się zaś dopiero wówczas, gdy lód w mieszaninie stopił się całkowicie. Mieszaninę lodu i wody wstawmy do ką­ pieli oziębiającej (którą przyrządzamy ze śniegu i soli kuchen­ nej); woda w mieszaninie zaczyna zamarzać, ale słupek rtęci termometru wskazuje wciąż zero, opada zaś dopiero wówczas, gdy woda w mieszaninie całkowicie zamarzła. A zatem lód może mieć temperaturę niższą niż zero C e l s j u s z a ; ale mieszanina lodu z wodą (w otwartem naczyniu, na wolnem powietrzu) nie może mieć niższej temperatury; gdy próbujemy oziębić ją niżej zera, cała zamarza. Ciekła woda może mieć temperaturę wyższą niż zero C e l s j u s z a ; ale mieszanina wody z lodem (w otwar­ tem naczyniu, na wolnem powietrzu) nie może mieć wyższej temperatury; gdy próbujemy ogrzać ją wyżej zera, topi się cała. Zero C e l s j u s z a jest jedyną temperaturą, którą (w warunkach naszego doświadczenia) mogą mieć zarazem: woda i lód.

W dokumencie Nauka fizyki : podręcznik przeznaczony do użytku uczniów klas wyższych szkół średnich. T. 2 (Stron 34-38)