Основание устройства паровой машины

Теперь я дошел до самого блестящего периода жизни Уатта и до самой труднейшей части его биографии. Никто не сомневается в важности открытий, о которых буду говорить, но, может быть, я не буду в состоянии удовлетворительно оценить их без помощи числовых сравнений, и потому для уразумения этих сравнений считаю необходимым объяснить, на каких физических явлениях они основываются.

Соответственно переменам температуры, вода бывает твердой, жидкой и воздухообразной, или в состоянии газа. Ниже нуля на стоградусном термометре вода превращается в лед, а при 100° — в газ. Во всем же промежутке от 0 до 100° остается жидкой.

Тщательное наблюдение над точками перехода воды из одного состояния в другое привело к важным открытиям, посредством которых оцениваются действия паровой машины в хозяйственном отношении.

Вода может быть не теплее льда, вода может не замерзать при температуре 0°, при той же температуре и лед может не таять, но трудно понять, чтоб эта вода и этот лед при одной и той же температуре различались между собой только наружными физическими свойствами. Трудно понять, чтобы какой-нибудь посторонний элемент не отличал жидкую воду от воды твердой. Весьма простой опыт открывает тайну.

Килограмм воды при 0° смешайте с килограммом воды, нагретой до 79° по стоградусному термометру. Два килограмма смеси будут иметь 39,5°, т. е. будут иметь среднюю температуру из температур смешиваемых килограммов воды. Теплая вода удержит 39, 5° из своей прежней температуры и столько же градусов уступит воде при 0°. Все это естественно, все можно предвидеть.

Повторим опыт, но уже вместо килограмма воды при 0°, возьмем килограмм льда при такой же температуре: в смеси получится два килограмма воды, потому что лед в теплой воде растает, сохранив свой вес, но в этой смеси уже не найдете 39, 5° — ее температура будет равняться 0°, исчезнут все 79°, они соединятся с частицами разрушенного льда, но не нагреют их.

Этот опыт, принадлежащий Блэку, я считаю одним из замечательнейших в новой физике. В самом деле, посмотрим на его следствия.

Вода и лед при 0° различаются своим внутренним составом. Вода жидкая против твердой воды содержит 79° невесомого вещества, называемого теплом. Эти 79° так скрыты в смеси или в водяном сплаве, что их не показывает самый чувствительный термометр. Тепло, неощутимое для наших чувств, неощутимое для чувствительного снаряда, или, как его называют, скрытое тепло, есть один из составных элементов тела.

Сравнение кипятка, воды при 100°, с освобождающимся из нее паром, имеющем те же 100°, приходит к подобным заключениям, но в большем размере. Когда вода превращается в пар с температурой в 100°, она напитывается огромным количеством скрытого тепла. Когда пары возвращаются к состоянию жидкости, то скрытое тепло освобождается и нагревает все, что способно его поглощать. Например, если через 5,35 кг воды при 0° пропустить килограмм пара при 100°, то весь пар превратится в жидкость, и 6,35 кг смеси будут иметь температуру 100°. Итак, в состав килограмма пара входит такое количество скрытого тепла, которое килограмм неиспаряющейся воды может нагреть до 535°. Это число кажется огромным, но оно не подлежит сомнению, водяной пар может существовать только при этом условии. Где килограмм воды при 100° испаряется естественно или искусственно, там он поглощает 535° тепла из окружающих тел. Такое количество тепла, повторяю, вполне отделяется от пара, превращающегося в жидкость. Вот — говорю мимоходом — в этом состоит искусство нагревания парами. Этот остроумный способ плохо понимают, когда думают, что пар, идущий по трубам, несет с собой только тепло открытое, тепло термометрическое; главные действия пара происходят от скрытого тепла, освобождающегося при соприкосновении с холодными поверхностями, превращающими газ в жидкость.

Итак, тепло нужно считать составной частью водяного пара. Но так как для тепла надо жечь дрова или уголь, то торговая цена пара превышает цену воды всей ценой горячего материала, употребляемого для испарения. Всю разность этих цен можно отнести к скрытому теплу, потому что тепло открытое, термометрическое, почти ничего не значит.

После я, может быть, буду принужден говорить еще о других свойствах пара, о которых теперь не упоминаю, потому что не хочу употребить во зло терпения моих слушателей, которые, если захотят, могут справиться со специальными сочинениями и дополнить пропущенное мною по необходимости. Считаю также не излишним заметить, что делая некоторые пропуски, я не думаю, чтобы мои слушатели походили на школьников, которые говорили своему учителю геометрии: «Для чего вы трудитесь доказывать теоремы? Мы имеем к вам полную доверенность. Уверьте же нас честным словом, что теоремы справедливы, и более ничего не надо».