Карта сайта

Например, нужно нагреть раствор поваренной соли ...

Например, нужно нагреть раствор поваренной соли, содержащий 25%, от 0 до 70°, и пусть количество этого раствора равно 10 тыс. кг, или 10 т. Привожу в этом случае, как и во многих других стану приводить, метрические меры, потому что с ними удобнее всего делать всякого рода расчеты. Советую и вам во всех ваших расчетах употреблять метры, килограммы и тому подобные метрические единицы, потому что при них все расчеты сводятся на самые простые действия уже потому, что деление на части здесь десятичное, как в счете цифрами. Найдя некоторую величину, выраженную метрическими единицами, легко перейти от нее к обыкновенным нашим русским весам и мерам. Так, например, 10 тыс. кг составляют 10 метрических т. Каждая метрическая тонна веса отвечает 61 пуду, следовательно 10 тыс. кг отвечают 610 пуд. Употребление метрических мер при расчетах, касающихся теплоты, потому особенно полезно, что в большинстве руководств и справочных книг даются числа, уже основанные на этих единицах. Так, например, теплоемкость, скрытое тепло и тому подобные термические свойства тел даются по отношению к стоградусному термометру Цельсия, а не термометру Реомюра. В справочных книгах вы найдете, что теплоемкость 25%-го раствора поваренной соли близка к 0,8, а потому количество тепла, которое нужно для нагревания 10 тыс. кг на 70°, равно 0,8x70x10000, или 560 тыс. кал - конечно килограммовых. И пусть дано топливо каменноугольное, развивающее 8 тыс. кал, полезное действие которого равно 4 тыс. кал. Очевидно, что для нагревания надо израсходовать в нашем случае около 560 000/4000, или 140 кг данного угля, или около 1/70 веса раствора. При нагревании передаваемая теплота, так сказать, очевидна.

При плавлении и испарении она, как говорится, скрывается, т. е. температура не повышается, а между тем расход тепла происходит и необходима его затрата. Сущность этой траты здесь зависит от того, что плавление и кипение составляют перемену состояния вещества, а перемена состояния вещества не может совершиться без внутреннего движения и сопровождается сверх того внешним движением; например, при образовании из воды паров объем возрастает, а следовательно, происходит внешнее, видимое движение. Из ничего не родится движение, по доктрине, о которой была выше речь, а потому на возродившееся внутреннее и внешнее движение, сопровождающее испарение и плавление, расходуется тепло. Его-то и называют скрытым. В твердом теле частицы распределены иначе друг около друга и иначе движутся, чем в жидком теле, а в газообразном состоянии вещество представляет совсем уже иные условия движения, чем в жидком. Частицы, переходя в пар, приобретают особое, собственное, самостоятельное движение, которое выражается в том, что пар рассеивается во все стороны. На это движение и на эту перемену рода движения и расходуется тепло при плавлении, перегонке или испарении. Эту трату тепла или скрытое тепло выражают также числом калорий, или единицами тепла. Если скрытое тепло испарения нефтяных продуктов близко к 75 единицам тепла, это значит, что при переходе 1 весовой части из жидкого состояния в парообразное скрывается такое количество тепла, которое в состоянии нагреть 1 весовую часть воды от 0 до 75°, или 75 весовых частей воды от 0 до 1°. Каждому процессу плавления и испарения отвечает своя численная величина скрытого тепла. Скрытое тепло плавления льда 80, селитры 49, цинка 28, чугуна около 30, свинца около 6. А скрытое тепло испарения воды 530, спирта 200, эфира 90, ртути около 60. Эти и другие числа опять же вы можете найти в указанных сочинениях14.

И если вы будете вести расчеты о количестве потребного топлива, вам необходимо иметь данные, касающиеся тех сплавляемых или испаряемых веществ, которые вы будете на заводе обрабатывать плавлением или перегонкою. Чего там не найдете, то сами определите, хотя бы и грубым опытом, например по сравнению с водою или другим телом, скрытое тепло и теплоемкость которого хорошо известны. Возьмем для примера керосиновый завод, перегоняющий ежедневно прерывным способом по 10 m сырой нефти и отгоняющий тем 3 т керосина. Спрашивается, сколько он сожжет топлива, если не станет заботиться, как обыкновенно и делают, ни о непрерывной гонке, ни о пользовании теплом, заключающимся в парах и остатках? Найти приближенную цифру легко, если знать, что отгонка керосина начинается тогда, когда нефть в кубе нагрета около 150°, а кончается она, когда остатки будут нагреты около 360°. Очевидно, что во время перегонки средняя температура паров будет около 250°. Полагая теплоемкость нефти и ее паров равною 1/2, а скрытое тепло испарения принимая за 70 калорий, получим, если нефть взята была при 0°, что в парах уйдет 3x250x1/2 (число тонн пара, средняя разность температуры и теплоемкость)+3><70 (число тонн и скрытое тепло), или 375+210 = 585 тонновых калорий. Но тепло пойдет еще на нагревание 7 т остатков от 0° до 350°, на что израсходуется 7x350x1/2, или 1225 калорий, да на нагревание печи и куба, массу которых примем только за 3 т (в действительности больше) и теплоемкость за 1/10, а потому расход тепла на это равен 3x250x1/10 или 105 тонновых калорий. В сумме потребуется 375 + 1225 + 105, или около 1700 тонновых калорий тепла от топлива. Сумму [1705] мы приняли за 1700 потому, что разность составляет лишь очень малую долю всего тепла, а такой точности в числах для теплоемкости, скрытого тепла и температур в нашем приближенном расчете нет.

Чтобы доставить 1700 тонновых калорий в сутки, надо сжечь, судя по другим неизбежным потерям отопления, лучеиспускания, дыма, не меньше, как такое количество топлива, которое доставляет 3400 кал. А как тонна хорошего каменного угля дает около 8 тыс., а тонна нефти или остатков - немного менее 12 тыс. кал, то для обычной прерывной перегонки на керосин Ют нашей нефти в сумме надо тратить немногим менее 1/2 m каменного угля или менее 1/3 т нефтяных остатков. Ближе этот последний равен 34/120, или 17/60 т. Это составляет расход в 17 пуд. остатков на 180 пуд. керосина, или на 600 пуд. нефти. Следовательно, 100 пуд. нефти, этим способом обрабатываемые, дадут 30 пуд. керосина и 70 пуд. остатков, но из них израсходуется не меньше 3 пуд. как топливо. В действительности жгут больше, не говоря уже о плохих заводах, даже на благоустроенных, но менее 3 пуд. нельзя уже при этом израсходовать. Очевидно, здесь возможна экономия и очень значительная. Она уже достигнута, как я опишу, когда буду говорить отдельно о перегонке нефти. Мы увидим даже, что керосин можно отогнать, почти ничего не тратя топлива, если уметь пользоваться теплотою, уносимою в остатках. Увидим, что этого действительно с удобством возможно достигать. Вообще надо не забывать, что скрытое тепло возвращается назад при обратном переходе, например из парообразного состояния в жидкое или из жидкого в твердое. Этим возвратившимся теплом возможно воспользоваться во множестве случаев, подобно тому как мятым паром или теми водяными парами, которые работали уже в паровой машине, есть возможность пользоваться для целей нагревания, например для отопления жилищ, для предварительного подогревания воды и других целей. Хотя физические изменения веществ и составляют неизбежную принадлежность множества заводских предприятий, но сущность их во всяком случае определяется химическими превращениями или теми родами изменения веществ, которые ведут к получению новых тел, не бывших первоначально. Химические же процессы совершаются только при определенных пределах температуры. Есть такие температуры, при которых вещество само по себе или два вещества, приведенные в полное взаимное прикосновение, нисколько химически не изменяются. Так, например, водород с кислородом, составляющие воду, при обыкновенной температуре могут оставаться беспредельно долгое время, не образуя воды.

Их можно сжимать, охлаждать, подвергать механическому движению, освещению и множеству других влияний, и они все-таки остаются нисколько не измененными, тогда как при повышении их температуры примерно до 600° химический процесс наступает, внутренняя сила, свойственная телам, заставляет их измениться или располагать части в ином виде, словом - химический процесс совершается. Так, из кислорода и водорода при 600° получается со взрывом вода. В практическом отношении, т. е. по отношению к трате топлива, химические процессы могут быть разделены на четыре категории, из которых две первые топлива не расходуют, а две последние требуют его. К первой из них мы относим такие процессы, которые совершаются и при обыкновенной температуре, сами собою, лишь только тела придут во взаимное прикосновение. Так, например, кислота со щелочью дает соль при обыкновенной температуре непосредственно тотчас же. Так, известь с водою при обыкновенной температуре гасится или соединяется, рассыпаясь в порошок, и дает то, что называется гашеною известью, или пушонкою. Так, при обыкновенной температуре серная кислота растворяет железо, выделяя водород и образуя железный купорос. Брожение, или изменение сахаристых веществ в спирт и углекислый газ, также относится к числу таких химических превращений, которые происходят при обычной невысокой температуре, а при возвышении ее изменяется даже ход этой реакции и многих других. Получение свинцовых белил на счет углекислоты и окиси свинца, взятой ли в виде массикота или в растворе, также идет при обыкновенной температуре. Эти химические процессы и масса им подобных принадлежат к числу тех, в которых температура начала реакции или взаимодействия лежит ниже обыкновенной температуры. В некоторых из таких процессов можно искусственным охлаждением довести тела до предела химического взаимодействия, т. е. до того, что взаимодействие не совершается уже само собою. Однако и здесь, в большинстве случаев, химический процесс от нагревания ускоряется и вообще становится более энергическим. Но между превращениями этого рода много и таких, которые требуют понижения температуры, без чего ход реакции изменяется. Достаточно указать на то, что для брожения требуется определенная низкая температура, а иначе закисание происходит легко. Эта чуткость к влиянию температуры на ход химических изменений особенно ясно видна в тех изменениях, которые всякий знает в растениях, вырабатывающих свои продукты в зависимости не только от почвенных влияний, света и влажности, но и от температуры.