Между дав­ле­ни­ем и точ­кой за­мер­за­ния (плав­ле­ния) воды на­блю­да­ет­ся ин­те­рес­ная за­ви­си­мость (см. таб­ли­цу).

С по­вы­ше­ни­ем дав­ле­ния до 2200 ат­мо­сфер тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния па­да­ет: с уве­ли­че­ни­ем дав­ле­ния на каж­дую ат­мо­сфе­ру она по­ни­жа­ет­ся при­мер­но на 0,0075 °C. При даль­ней­шем уве­ли­че­нии дав­ле­ния точка за­мер­за­ния воды на­чи­на­ет расти: при дав­ле­нии 20 670 ат­мо­сфер вода за­мер­за­ет при 76 °C. В этом слу­чае будет на­блю­дать­ся го­ря­чий лёд.

При нор­маль­ном ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии объём воды при за­мер­за­нии вне­зап­но воз­рас­та­ет при­мер­но на 11%. В за­мкну­том про­стран­стве такой про­цесс при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию гро­мад­но­го из­бы­точ­но­го дав­ле­ния до 2500 атм. Вода, за­мер­зая, раз­ры­ва­ет гор­ные по­ро­ды, дро­бит мно­го­тон­ные глыбы.

В XIX веке было об­на­ру­же­но яв­ле­ние ре­же­ля­ции льда, ко­то­рое можно про­де­мон­стри­ро­вать на опыте. По­ста­вим на два стол­би­ка пря­мо­уголь­ный ле­дя­ной бру­сок. Пе­ре­ки­нем через него тон­кую сталь­ную про­во­ло­ку (диа­мет­ром 0,1 мм) и под­ве­сим на ней груз мас­сой 3 кг (см. рис. а). Все это оста­вим на лёгком мо­ро­зе. Важно, чтобы тем­пе­ра­ту­ра на улице была лишь не­мно­гим ниже нуля. При­мер­но через сутки мы об­на­ру­жим, что про­во­ло­ка и гиря лежат на земле, а на стол­би­ках стоит наш ле­дя­ной бру­сок, целый и не­вре­ди­мый. Если бы мы в те­че­ние опыта вы­хо­ди­ли на улицу, то уви­де­ли бы, как по­сте­пен­но про­во­ло­ка опус­ка­ет­ся, как бы раз­ре­зая ле­дя­ной бру­сок (см. рис. б, в, г), ни­ка­ко­го раз­ре­за не остаётся – выше про­во­ло­ки бру­сок ока­зы­ва­ет­ся мо­но­лит­ным.

Дол­гое время ду­ма­ли, что лёд под лез­ви­я­ми конь­ков тает по­то­му, что ис­пы­ты­ва­ет силь­ное дав­ле­ние, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда по­ни­жа­ет­ся и лёд пла­вит­ся. Од­на­ко расчёты по­ка­зы­ва­ют, что под конь­ка­ми тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда умень­ша­ет­ся при­мер­но на 0,1 °C, что явно не­до­ста­точ­но для ка­та­ния, на­при­мер, при –10 °C.

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

Масс-спек­тро­мет­рия  — это метод ис­сле­до­ва­ния ве­ще­ства, ос­но­ван­ный на раз­де­ле­нии раз­лич­ных по массе и пред­ва­ри­тель­но иони­зи­ро­ван­ных мо­ле­кул и опре­де­ле­нии от­но­ше­ния массы к за­ря­ду ионов. Со­вре­мен­ные масс-спек­тро­мет­ры (рис. 1) поз­во­ля­ют уста­но­вить со­став ис­сле­ду­е­мо­го ве­ще­ства и ис­поль­зу­ют­ся в самых раз­ных об­ла­стях: химии, эко­ло­гии, гео­ло­гии, кри­ми­на­лист­ке и т. д.

На рис. 2 пред­став­ле­на схема устрой­ства масс-спек­тро­мет­ра. Из ион­но­го ис­точ­ни­ка 1 уско­рен­ные ионы через щель 2 по­па­да­ют в об­ласть 3 по­сто­ян­ных и од­но­род­ных элек­три­че­ско­го и маг­нит­но­го полей. На­прав­ле­ние элек­три­че­ско­го поля между пла­сти­на­ми кон­ден­са­то­ра по­ка­за­но стрел­ка­ми. Маг­нит­ное поле под­би­ра­ет­ся таким об­ра­зом, чтобы ионы дви­га­лись рав­но­мер­но и пря­мо­ли­ней­но.

Ион не от­кло­ня­ет­ся от на­прав­ле­ния дви­же­ния и про­хо­дит через вто­рую щель 4, по­па­дая в об­ласть 5 од­но­род­но­го и по­сто­ян­но­го маг­нит­но­го поля c ин­дук­ци­ей на­прав­лен­ной пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти ри­сун­ка. В маг­нит­ном поле ион дви­жет­ся по окруж­но­сти 6, ра­ди­ус R ко­то­рой прямо про­пор­ци­о­на­лен от­но­ше­нию массы иона к его за­ря­ду:

В ка­че­стве де­тек­то­ра ионов 7 можно ис­поль­зо­вать фо­то­пла­стин­ку, хотя в со­вре­мен­ных масс-спек­тро­мет­рах в ка­че­стве де­тек­то­ров обыч­но ис­поль­зу­ют элек­трон­ные умно­жи­те­ли или мик­ро­ка­наль­ные пла­стин­ки.

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

Масс-спек­тро­мет­рия  — это метод ис­сле­до­ва­ния ве­ще­ства, ос­но­ван­ный на раз­де­ле­нии раз­лич­ных по массе и пред­ва­ри­тель­но иони­зи­ро­ван­ных мо­ле­кул и опре­де­ле­нии от­но­ше­ния массы к за­ря­ду ионов. Со­вре­мен­ные масс-спек­тро­мет­ры (рис. 1) поз­во­ля­ют уста­но­вить со­став ис­сле­ду­е­мо­го ве­ще­ства и ис­поль­зу­ют­ся в самых раз­ных об­ла­стях: химии, эко­ло­гии, гео­ло­гии, кри­ми­на­лист­ке и т. д.

На рис. 2 пред­став­ле­на схема устрой­ства масс-спек­тро­мет­ра. Из ион­но­го ис­точ­ни­ка 1 уско­рен­ные ионы через щель 2 по­па­да­ют в об­ласть 3 по­сто­ян­ных и од­но­род­ных элек­три­че­ско­го и маг­нит­но­го полей. На­прав­ле­ние элек­три­че­ско­го поля между пла­сти­на­ми кон­ден­са­то­ра по­ка­за­но стрел­ка­ми. Маг­нит­ное поле под­би­ра­ет­ся таким об­ра­зом, чтобы ионы дви­га­лись рав­но­мер­но и пря­мо­ли­ней­но.

Ион не от­кло­ня­ет­ся от на­прав­ле­ния дви­же­ния и про­хо­дит через вто­рую щель 4, по­па­дая в об­ласть 5 од­но­род­но­го и по­сто­ян­но­го маг­нит­но­го поля c ин­дук­ци­ей на­прав­лен­ной пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти ри­сун­ка. В маг­нит­ном поле ион дви­жет­ся по окруж­но­сти 6, ра­ди­ус R ко­то­рой прямо про­пор­ци­о­на­лен от­но­ше­нию массы иона к его за­ря­ду:

В ка­че­стве де­тек­то­ра ионов 7 можно ис­поль­зо­вать фо­то­пла­стин­ку, хотя в со­вре­мен­ных масс-спек­тро­мет­рах в ка­че­стве де­тек­то­ров обыч­но ис­поль­зу­ют элек­трон­ные умно­жи­те­ли или мик­ро­ка­наль­ные пла­стин­ки.

То, что раз­лич­ные тела об­ла­да­ют раз­ной спо­соб­но­стью про­во­дить тепло, т. е. раз­ной теп­ло­про­вод­но­стью, было из­вест­но давно, од­на­ко ин­стру­мен­таль­ные ис­сле­до­ва­ния на­ча­лись лишь в конце XVIII в. Ж.-Б.-Фурье пред­ло­жил спо­соб, по­ка­зан­ный на ри­сун­ке: в стерж­не AB, один конец ко­то­ро­го на­гре­вал­ся, на рав­ном рас­сто­я­нии вы­свер­ли­ва­лись не­боль­шие от­вер­стия под тер­мо­мет­ры (a, b, … f). Вна­ча­ле тем­пе­ра­ту­ра каж­до­го тер­мо­мет­ра под­ни­ма­лась, но затем подъём пре­кра­щал­ся, уста­нав­ли­ва­лось ста­ци­о­нар­ное рас­пре­де­ле­ние тем­пе­ра­ту­ры вдоль стерж­ня. Луч­шей теп­ло­про­вод­но­стью об­ла­дал тот ма­те­ри­ал, для ко­то­ро­го раз­ли­чие между по­ка­за­ни­я­ми двух со­сед­них тер­мо­мет­ров было наи­мень­шее. Ис­поль­зуя эту идею, Г. Ви­де­ман и Р. Франц по­лу­чи­ли дан­ные о теп­ло­про­вод­но­сти ме­тал­лов и спла­вов, со­по­ста­вив их с элек­тро­про­вод­но­стью. Ре­зуль­та­ты опы­тов в от­но­си­тель­ных еди­ни­цах пред­став­ле­ны в табл. 1 (наи­луч­шая про­во­ди­мость  — у се­реб­ра; наи­худ­шая  — у вис­му­та).

На­ря­ду с теп­ло­фи­зи­че­ски­ми свой­ства­ми про­вод­ни­ков, изу­ча­лись и ана­ло­гич­ные свой­ства теп­ло­изо­ля­то­ров. Граф Б.-Т. Рум­форд ис­сле­до­вал теп­ло­про­вод­ность ма­те­ри­а­лов, ис­поль­зу­е­мых для одеж­ды. Он по­ме­щал тер­мо­метр в стек­лян­ную труб­ку с окон­ча­ни­ем в виде сферы так, чтобы шарик тер­мо­мет­ра был в её цен­тре. Про­стран­ство между стек­лян­ной сфе­рой и тер­мо­мет­ром за­пол­ня­лось ис­сле­ду­е­мой ма­те­ри­ей. Вся труб­ка сна­ча­ла по­ме­ща­лась в го­ря­чую воду, про­гре­ва­лась до тех пор, пока не уста­нав­ли­ва­лась не­из­мен­ная тем­пе­ра­ту­ра, затем при­бор по­ме­щал­ся в смесь толчёного льда и соли и охла­ждал­ся. В опы­тах из­ме­ря­лось время по­ни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры для каж­до­го ма­те­ри­а­ла на 135 ºF (57,2 ºС). Дан­ные, по­лу­чен­ные Рум­фор­дом, пред­став­ле­ны в табл. 2.

На­ря­ду с экс­пе­ри­мен­таль­ной базой в XIX в. были за­ло­же­ны и ос­но­вы тео­рии теп­ло­про­вод­но­сти.

С по­верх­но­сти Земли че­ло­век из­дав­на на­блю­да­ет кос­ми­че­ские объ­ек­ты в ви­ди­мой части спек­тра элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния (диа­па­зон ви­ди­мо­го света вклю­ча­ет волны с дли­ной при­мер­но от 380 нм до 760 нм).

При этом боль­шой объём ин­фор­ма­ции о не­бес­ных телах не до­хо­дит до по­верх­но­сти Земли, т. к. боль­шая часть ин­фра­крас­но­го и уль­тра­фи­о­ле­то­во­го диа­па­зо­на, а также рент­ге­нов­ские и гамма-лучи кос­ми­че­ско­го про­ис­хож­де­ния не­до­ступ­ны для на­блю­де­ний с по­верх­но­сти нашей пла­не­ты. Для изу­че­ния кос­ми­че­ских объ­ек­тов в этих лучах не­об­хо­ди­мо вы­ве­сти те­ле­ско­пы за пре­де­лы ат­мо­сфе­ры. Ре­зуль­та­ты, по­лу­чен­ные в кос­ми­че­ских об­сер­ва­то­ри­ях, пе­ре­вер­ну­ли пред­став­ле­ние че­ло­ве­ка о Все­лен­ной. Общее ко­ли­че­ство кос­ми­че­ских об­сер­ва­то­рий пре­вы­ша­ет уже не­сколь­ко де­сят­ков.

Так, с по­мо­щью на­блю­де­ний в ин­фра­крас­ном (ИК) диа­па­зо­не были от­кры­ты ты­ся­чи га­лак­тик с мощ­ным ин­фра­крас­ным из­лу­че­ни­ем, в том числе такие, ко­то­рые из­лу­ча­ют в ИК-диа­па­зо­не боль­ше энер­гии, чем во всех осталь­ных ча­стях спек­тра. Ак­тив­но изу­ча­ют­ся ин­фра­крас­ные ис­точ­ни­ки в га­зо­пы­ле­вых об­ла­ках. Ин­те­рес к га­зо­пы­ле­вым об­ла­кам свя­зан с тем, что, со­глас­но со­вре­мен­ным пред­став­ле­ни­ям, в них рож­да­ют­ся и вспы­хи­ва­ют звёзды.

Уль­тра­фи­о­ле­то­вый спектр раз­де­ля­ют на уль­тра­фи­о­лет-А (УФ-A) с дли­ной волны 315–400 нм, уль­тра­фи­о­лет-В (УФ-B) – 280–315 нм и уль­тра­фи­о­лет-С (УФ-С) – 100–280 нм. Прак­ти­че­ски весь УФ-C и при­бли­зи­тель­но 90% УФ-B по­гло­ща­ют­ся озо­но­вым слоем при про­хож­де­нии лучей через зем­ную ат­мо­сфе­ру. УФ-A не за­дер­жи­ва­ет­ся озо­но­вым слоем.

С по­мо­щью уль­тра­фи­о­ле­то­вых об­сер­ва­то­рий изу­ча­лись самые раз­ные объ­ек­ты: от комет и пла­нет до удалённых га­лак­тик. В УФ-диа­па­зо­не ис­сле­ду­ют­ся звёзды, в том числе, с не­обыч­ным хи­ми­че­ским со­ста­вом.

Гамма-лучи до­но­сят до нас ин­фор­ма­цию о мощ­ных кос­ми­че­ских про­цес­сах, свя­зан­ных с экс­тре­маль­ны­ми фи­зи­че­ски­ми усло­ви­я­ми, в том числе и ядер­ных ре­ак­ци­ях внут­ри звёзд. Де­тек­то­ры рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния от­но­си­тель­но легки в из­го­тов­ле­нии и имеют не­боль­шую массу. Рент­ге­нов­ские те­ле­ско­пы уста­нав­ли­ва­лись на мно­гих ор­би­таль­ных стан­ци­ях и меж­пла­нет­ных кос­ми­че­ских ко­раб­лях. Ока­за­лось, что рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние во Все­лен­ной яв­ле­ние такое же обыч­ное, как и из­лу­че­ние оп­ти­че­ско­го диа­па­зо­на. Боль­шое вни­ма­ние уде­ля­ет­ся изу­че­нию рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния ней­трон­ных звёзд и чёрных дыр, ак­тив­ных ядер га­лак­тик, го­ря­че­го газа в скоп­ле­нии га­лак­тик.