О пользе измерения температуры
Что делал в далекие годы студенчества мой приятель Шура, чтобы не ходить на занятия? Он приходил к врачу со своим термометром. На термометре этом уже стояла температура 37.1 градус. Шура нагонял её, опуская градусник в чашку слегка тёплого чая. Едва врач отворачивался или отвлекался, Шура легким движением руки, движением быстрым и точным, заменял термометр из поликлиники на свой, который через минуту предъявлялся врачу. Врач, увидев, что температура повышенная, неизменно выписывал Шуре больничный. Несколько дней вместо скучных лекций можно было наслаждаться жизнью! Что Шура и делал с большим удовольствием
Но ходить по одной и той же дорожке опасно. О том, что всему есть предел, другого Шуру, героя Золотого телёнка» Шуру Балаганова, предупреждал опытный Остап Бендер. «Ваши рыжие кудри примелькаются, и вас просто начнут бить», учил он.
У моего приятеля до битья дело не дошло, хотя удовольствия его лишили. Однажды врачи в поликлинике поняли, что перед ними – симулянт, покрывать которого они не захотели. И с моим приятелем началась планомерная борьба. Сначала в поликлинике пометили градусники, потом не сводили с Шуры глаз, пока он измерял температуру. И, наконец, врачи добились своего, поймали симулянта в тот момент, когда он заменял меченый больничный градусник на свой. Шура был с позором и навсегда изгнан из кабинета врача.
Описанная хитрость вряд ли прошла бы сейчас. Современные термометры измеряют температуру тела за несколько секунд, и даже бесконтактно. Всякий, кто прошёл через пандемию коронавируса, подтвердит этот медицинский факт.
При какой температуре закипает вода?
Эх, такие бы термометры сэру Исааку Ньютону (Isaac Newton; 1642 – 1727)! Тогда бы он, несомненно, прославился не только в области механики и оптики, но также и в области термодинамики.
К сожалению, в распоряжении Ньютона не было даже элементарного по нашим понятиям градусника. Поэтому на вопрос о том, при какой температуре закипает вода, он бы, в свою очередь спросил: «А что такое температура?»
И всё же гениальный учёный смог разработать оригинальный способ измерения температуры, который он назвал методом температурных стандартов. Температурными стандартами служили небольшие кусочки, сделанные из сплава, температура плавления которого составляла 98о C, то есть, приблизительно равной температуре кипения воды. При достижении этой температуры температурный стандарт плавился. Не правда ли, просто и довольно наглядно! Ньютон первым использовал в своих исследованиях этот сплав, который в его честь и назвали «Сплавом Ньютона».
Но вскоре Габриэль Даниэль Фаренгейт изобрёл свой ртутный термометр. А благодаря работам шведского учёного Андерса Цельсия термометры Фаренгейта быстро усовершенствовались и стали удобными приборами, которые стали использовать повсеместно.
Как уменьшить температуру плавления?
Из-за изобретения термометра метод температурных стандартов Ньютона забыли. А вот «металл Ньютона», который мог расплавиться в кипятке, побудил ученых и инженеров к поискам еще более низкоплавких соединений. В нахождении сплавов с низкой температурой плавления были заинтересованы и полиграфисты. Чем ниже температура расплава, тем легче работать с ним в ходе отливки литер.
Специалисты уже давно было известно, что сплав двух металлов плавится при температуре более низкой, чем каждый из этих металлов в отдельности. Например, чистое олово плавится при температуре 232 °C, а чистый свинец – при более высокой температуре, 327 °C. Однако сплав, состоящий 62% олова и 38% свинца, имеет температуру плавления 183 °C. Этот сплав называется оловянным припоем и широко используется для пайки различных электронных схем. А многие домашние умельцы хранят его вместе с рабочими инструментами в домашнем шкафчике. Надо быстро спаять электрические провода? Оловянный припой всегда под рукой.
Но температуру плавления сплава можно снизить даже больше, если в систему из свинца и олова добавить ещё один легкоплавкий металл, висмут. Температура плавления висмута – всего 282 °C. Смесь, содержащая 18.75% олова, 31.25% свинца и 50% висмута – это и есть сплав Ньютона с температурой плавления 98 °C.
Полезное изобретение дантиста
Сплав, который плавился при ещё более низкой температуре впервые удалось получить американскому дантисту Барнабасу Вуду (Barnabas Wood; 1819 – 1875) в 1860 году. Вуд искал материал для зубных пломб. Сейчас зубы пломбируют специальными быстро затвердевающими пластмассами. Но в 1860-м году пластмасс ещё не было, и Барнабас Вуд пытался изготовить для этого металл, который можно было бы расплавить при невысокой температуре, превышающей, однако, температуру человеческого тела. Естественно, что искомый сплав не должен был быть ядовитым или слишком мягким, чтобы противостоять истиранию.
Барнабас Вуд добавил в сплав Ньютона ещё один металл, кадмий, температура плавления которого была 321 °C. Температура плавления сплава, состоящего из 50% висмута, 25% свинца, 12.5 % кадмия и 12.5 % олова, оказалась равной 68.5 °C. Такой сплав расплавится в стакане чая, конечно, чуть более горячего, чем у того, с помощью которого мой приятель давным-давно фальсифицировал показания градусника.
По имени изобретателя новый легкоплавкий металл был назван сплавом Вуда.
Однако в зубоврачебное дело сплав Вуда внедрён не был. Заливать дырки в зубах расплавленным металлом оказалось неудобно. В конце концов, металл для этой цели заменили пластмассой.
Но сплаву Вуда нашлось применение в других областях техники. Перемычки из сплава Вуда были в датчиках пожарной сигнализации. При повышении температуры до 60 °C эта перемычка расплавлялась, и электрическая цепь разрывалась. Это приводило в действие систему автоматического пожаротушения. Поток воды обрушивался на очаг возгорания и гасил начинавшийся было пожар.
Только однофамильцы!
Легкоплавкий сплав Вуда до сих пор применяется в литейном деле для изготовления выплавляемых форм. В химических и в металлографических лабораториях, когда требуется закрепить очень маленькие или очень тонкие образцы, их заливают легкоплавким сплавом Вуда. Ну, и еще сплав Вуда используют фокусники. Представляете себе ложку, которая плавится, будучи опущенной в стакан горячего чая?
Такой фокус описал в своей старой, но до сих пор популярной книге «Доктор Вуд: Современный чародей физической лаборатории» американский популяризатор науки В. Сибрук. Книга была посвящена известному американскому физику Роберту Уильямсу Вуду (Robert Williams Wood; 1868 — 1955). В книге Сибрука утверждается, что Роберт Вуд сам же и придумал этот сплав. Что, конечно, неверно. Роберт Вуд родился через восемь лет после того, как сплав Вуда был придуман и запатентован его однофамильцем-дантистом. Кроме фамилии у виртуозного американского физика-экспериментатора не было ничего общего с дантистом-изобретателем. Роберт Вуд и Барнабас Вуд не состояли друг с другом ни в каком родстве, даже дальнем.