XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение

В работе описан известный опыт Александра Степановича Попова, проведенный им в 1894 г [1].

Суть эксперимента состоит с следующем.

Для проведения опыта необходимы две металлические пластины, при этом одна должна быть плоской, а другая изогнута в виде дуги. На плоскую пластину (подставку) помещается лист слюды, а на неё изогнутая пластина, нагретая до температуры не ниже 100°. После этого нагретая пластинка будет совершать колебания, перекатываясь из стороны в сторону.

Причина движения: слюда имеет свойство вспучиваться при высокой температуре и восстанавливать форму при охлаждении.

Экспериментальная часть

1. Нами были взяты изогнутые пластинки из различных металлов: алюминий и медь, слюда различных толщин: 0,03 мм, 0,05 мм, 0,15 мм и подставки из свинца и алюминия. Нагревание дуги производилось на электрической плитке.

Проводя многочисленные эксперименты с разными материалами дуг и подставок, а также толщинами слюды, мы обнаружили следующие особенности:
Наиболее активно колебания происходят для слюды толщиной 0,03 мм и 0,05 мм, они примерно одинаковы в этом отношении. Слюда толщиной 0,15 мм показала себя хуже. Из этого можно сделать вывод о том, что для опыта лучше подходит наиболее тонкий лист слюды.

2. Далее были проведены эксперименты с подставками из различных материалов. Более активными колебания дуги оказались в случае подставки из алюминия, чем из свинца. При проведении опытов с дугами из различных материалов, активнее колебалась медная дуга.

Сравним теплопроводность используемых металлов [2]:

медь - 400 Вт/(м·К),

алюминий 240 Вт/(м·К),

свинец - 35 Вт/(м·К).

Отмечаем, что для осуществления колебательного процесса лучше подходят металлы с высокой теплопроводностью.

Наблюдения показали, что в самом начале движение медной дуги отсутствовало, но как только слюда нагрелась и начала деформироваться, дуга начала качаться из стороны в сторону. Причина движения: слюда, нагреваемая только с одной стороны, вспучивается в сторону нагретого тела и слегка его приподнимает, вследствие этого прикосновение с нагретым телом приходится на новые точки поверхности слюды, а прежде нагретые участки слюды начинают остывать от соприкосновения с холодным телом. Дуга наклоняется в одну сторону до тех пор, пока её сила тяжести не преодолеет образующейся таким образом движущей силы, тогда начинается движение в обратную сторону и так далее. Качение может продолжаться в зависимости от размеров дуги и температуры, до которой она была нагрета, вплоть до 10 минут.

Вывод

Проведя исследование и проанализировав получившиеся результаты, можно сделать вывод, что в данном опыте превращение тепловой энергии в механическую является необычным и эффектным процессом. Для его осуществления нужно создать определённые условия, подобрав необходимые материалы.

Можно рассматривать данный прибор как тепловую машину, где нагретая дуга выступает как нагреватель, слюда – как рабочее тело, подставка – как охладитель.

Список литературы

1. Попов А. С. Случай превращения тепловой энергии в механическую // Журнал Русского физико—химического общества (ЖРФХО) : журнал. — 1894. — Т. XXVI. — С. 331—335.

2. Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М. Физические величины. Справочник / ; под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова Москва : Энергоатомиздат, 1991.