15.6.09

Dlaczego wszystko stygnie?

Nie mogłem się tego dnia doprosić, by Ida wreszcie wyszła z wanny. „Zaraz!” krzyczała za każdym razem, gdy ją ponaglałem. W końcu nie wytrzymałem. Wparowałem do łazienki wołając, że jak nie wyjdzie za minutę, to czeka ją kara.
- Dobra, dobra – odpowiedziała równie jak ja poirytowana Ida – tylko jeszcze naleję ciepłej wody do kubeczka. Bo widzisz wczoraj też nalałam ciepłej, a dziś jest już zimna. Ciekawe dlaczego?
– Bo wystygła – odparłem, wciąż zły. – Wszystko stygnie!
Dosłyszał to Kacper. I natychmiast gdzieś z głębi swojego pokoju wykrzyczał pytanie: – Ale dlaczego wszystko stygnie?

W tym momencie uznałem, że sprawa jednak wymaga porządnego wyjaśnienia. Bo naturalnie każdy z nas wie, że ciepła woda, gorące mleko i wszystko inne, co się nagrzało, stygnie. To jest tak oczywiste, że się nawet nad tym nie zastanawiamy. I z tego powodu eksperyment, który przeprowadzała Ida, wydaje nam się trochę zabawny. Tylko dlaczego? Dlaczego woda w kubku nie mogła się ogrzać? Albo dlaczego nie utrzymywała stałej temperatury przez całą dobę?
Już pierwsza książka, do której zajrzałem w poszukiwaniu odpowiedzi, przekonała mnie, że te pytania nie są głupie. W „Księdze odkryć” Bolesława Orłowskiego i Zbigniewa Przyrowskiego, pozycji starej i wciąż przydatnej, wyczytałem, że próbę zrozumienia ciepła podjęto dopiero jakieś 300 lat temu. „Przedtem – piszą autorzy – zadowalano się po prostu stwierdzeniem, że coś jest gorące, a coś zimne, że stykając cieplejsze z chłodniejszym można jedno oziębić, a drugie ogrzać, że zetknięte ze sobą dwa ciała niejednakowo ciepłe, a więc o różnych temperaturach, po pewnym czasie będą tak samo ciepłe, a więc osiągną tę samą temperaturę”. Gdy już zaczęto się nad tym zastanawiać, długo trwało nim rozwiązano tę zagadkę. Najpierw przecież trzeba było wymyślić termometr i skalę temperatury. A potem jeszcze zrozumieć naturę materii. Dziś więc przyjmujemy, że temperatura danego ciała zależy od prędkości bezładnych ruchów jego cząsteczek (czyli malutkich cegiełek, z których jest ono zbudowane). Gdy dane ciało jest ogrzewane, wzmaga się intensywność ruchów. Jedna cząsteczka zderza się z drugą i przekazuje jej swoją energię. Tym samym ogrzewa się całe ciało. Jeśli teraz postawimy substancję cieplejszą ( np. kubeczek z gorącą wodą) obok substancji zimniejszej (powietrze w łazience), to cząsteczki z tej pierwszej będą przekazywać swą energię tej drugiej. Ponieważ zaś powietrza w łazience jest dużo więcej niż wody w kubeczku, pochłonie ono jej energię tylko nieznacznie podnosząc swą temperaturę. Gorąca woda zaś ochłodzi się wyraźnie.
Ale to dopiero połowa odpowiedzi. Tak poznaliśmy mechanizm, w jaki ciepło jest przekazywane z jednego ciała do drugiego. Jeszcze musimy wyjaśnić, dlaczego akurat w tym kierunku. Po pierwsze energia, w tym wypadku przybierająca postać ciepła, nie może się brać znikąd, czyli nie może się tworzyć z pustki, lecz musi być przekazywana z jednego ciała do drugiego. I to jest jeszcze proste. Bo po drugie wchodzimy na niebezpieczny teren zwany „drugim prawem termodynamiki”. Tutaj znalazłem w miarę przystępne jego wyjaśnienie. Generalnie chodzi o to, że energia – na przykład ciepło – zmierza zwykle z postaci skoncentrowanej do rozproszonej. Jeśli tylko może ucieka więc z miejsca gdzie jest jej dużo i rozprasza się po świecie. Jeśli mamy kubeczek z gorącą wodą, gorącą patelnię czy rozgrzane żelazko, to samoistnie ciepło od nich ucieknie. To prawo obowiązuje w całym świecie, w całym wszechświecie. Dlatego wszystko stygnie. Z tego samego powodu góry rozpadają się, lasy płoną, Słońce gaśnie, a my umieramy. I proszę, jak daleko zaprowadził nas kubeczek z gorącą wodą.
I to jeszcze nie koniec. Bo proces rozpraszania się energii można jednak na jakiś czas powstrzymać. A nawet da się tworzyć struktury o skoncentrowanej energii. Z tego powodu na Ziemi w ogóle istnieje życie! Ale tego na razie wyjaśniać nie mam zamiaru. To trudne i w dodatku o to Ida nie pytała. A jak spyta?

PS Zdjęcie rozpadającego się lodowca wziąłem (jak zwykle) z Wikimedia Commons. Tutaj link do oryginału.

Brak komentarzy: