VI.
HŐJELENSÉGEK.
Hőmérséklet. Mindennapi életünkben és a nagy természet világában igen fontosak a hőjelenségek. Testünk bizonyos meghatározott hőállapotú környezetet kíván, ennél jóval melegebb vagy hidegebb környezet kellemetlen érzéseket vált ki, és megfelelő ruházkodással, fűtéssel vagy hűtéssel védekezünk ellene. A hőállapot megváltozása a természet világában is lényeges változásokat idéz elő.
Környezetünk hőállapotát hőérzésünk alapján különféle kifejezésekkel, pl. hideg, langyos, meleg, forró stb. szavakkal szoktuk jellemezni. Ez nyilván nagyon egyéni és bizonytalan meghatározás. A hőállapot nagy jelentősége a természetben és a műszaki világban pontosan mérhető fogalom bevezetését teszi szükségessé. Ez a mindennapi életben is használt fizikai fogalom a hőmérséklet.
Azt tapasztaljuk, hogy a hőállapot változásával a testeknek sokféle tulajdonsága változik meg. Ugyanaz az anyag a hőállapot szerint különböző halmazállapotban fordul elő. A víz hideg környezetben megfagy, meleg környezetben vízgőzzé válik. A jég, a folyékony víz és a vízgőz a víznek három különböző halmazállapota. Közismert tapasztalat továbbá az, hogy a testek bármilyen halmazállapotban melegedéskor túlnyomórészben kitágulnak, alig van kivétel ezalól. Ha olyan fémgyűrűt készítünk, amelyen egy fémgolyó éppen átfér, és a golyót lángon erősen felmelegítjük, a meleg golyó
a hideg gyűrűn fennakad, mert kitágult. Ha gömbalakú üvegpalackot (lombikot) színig megtöltünk vízzel, ledugaszoljuk, s dugóján vékony üvegcsövet vezetünk át, melegítéskor a víz a vékony csőben felemelkedik (94. kép). Különösen feltűnő a légnemű testek tágulása. Az előbbi kísérletben használt üveggömbből öntsük ki a vizet, dugaszoljuk be ismét, erősítsük meg valamilyen tartóban dugójával lefelé, és úgy tegyünk alája vízzel lelt poharat, hogy a dugón átvezetett vékony üvegcső a vízbe érjen (95. kép). Melegítsük az üveggömböt; ekkor azt látjuk, hogy a vízen keresztül levegőbuborékok távoznak el. Az üveggömbben levő levegő kitágult, ezért egy részének el kellett távoznia onnan. Ha a melegítést abbahagyjuk, akkor az üveggömb és a benne levő levegő ismét
|
94. kép. Víz hőkiterjedése. |
95. kép. Levegő hőkiterjedése. |
lehűl, a keskeny csőben pedig vízoszlop emelkedik fel, mert a visszamaradt levegő lehűlés után kisebb térfogatú, s az eltávozott levegő helyét víz foglalja el. Alig kell egy kicsit melegítenünk, már kezünk melegétől is ismét leszáll a vízoszlop. Ilyen berendezést használt GALIEI hőmérőül a 16. század végén.
Hőmérők. Mivel a testek kiterjedése együttjár a hőállapot megváltozásával, a hőmérsékletet legegyszerűbben a testek kiterjedése alapján mérhetjük. Erre a célra szolgáló eszköz a hőmérő. A mindennapi életben s egyúttal laboratóriumokban is leginkább folyadékhőmérőket használnak. A jól ismert higanyhőmérő igen kis belső keresztmetszetű, vastagfalú üvegcső, egyik vége gömbbé, vagy más alakú edénnyé tágul. Mindkét végét beforrasztják. Felső végének leforrasztása előtt melegítéssel kihajtják az üvegcsőből a levegőt, és fokozatosan higannyal töltik meg. A végső leforrasztás előtt erősen felmelegítik, s ekkor már az egész csőben higany van. Leforrasztás után a hőmérőt lehűtik, a higanyszál a csőben visszahúzódik, fölötte légüres tér keletkezik. A hőállapot változásakor a csőben levő higanyszál hosszúsaga megváltozik. Ezután már csak megfelelő osztályzatról kell gondoskodni, hogy ez az eszköz mérésre is alkalmassá váljék. Elsősorban kiindulópontot kell megállapítani az osztályzat számára. Régi tapasztalat, hogy, ha olvadó jég közé tesszük a hőmérőt, a higanyszál egy darabig visszahúzódik, azután változatlanul egy helyben marad. Az olvadó jégnek tehát állandó hőmérséklete, van. Ha a hőmérőn a higanyszálnak ezt a helyzetét megjelöljük, s bármikor megismételjük az olvadó jég hőmérsékletének megvizsgálását, a higanyszálat mindig ugyanott találjuk. A higanyszálnak ez a könnyen megállapítható helyzete a hőmérő egyik alappontja, a fagyáspont. Még egy másik alappontra is szükség van; a higanyszál akkor is változatlan marad, ha a hőmérő forró víz gőzében van. Ez a második alappont, a forráspont.
A két megjelölt alappont közötti távolság az alaptávolság. Ha a higanyszál vége valahol a két alappont között van, helyzetét azzal lehetne jellemezni, hogy a fagyásponttól számított távolsága az egész alaptávolságnak hányadrésze, pl. 1/3 része, 1/4 része stb. Kényelmesebb meghatározás kedvéért bizonyos számú egyenlő részre szokás beosztani az alaptávolságot. Ma már mind a gyakorlati életben, mind a tudományban CELSIUS svéd fizikus nyomán az alaptávolságnak 100 egyenlő részre való beosztása terjedt el. Az alaptávolság 100-adrészét Celsius-foknak (C°) nevezik. A fagyáspont 0 C°, a forráspont 100 C°. Az osztályzatot a két alapponton túl is folytatják, a fagyáspont alatt –, v. i. [vagyis] minuszjellel.
Higany helyett más folyadékot is használnak a hőmérőkben. Olyan hőmérőkben, amelyeket alacsony hőmérsékletek mérésére használnak, alkohol a folyadék.
A lázmérő higanytartó edénye fölött a cső belseje erősen összeszűkül s ott a higanyszál lehűléskor megszakad Ennélfogva a higanyszál vége a legmagasabb hőmérsékletet jelzi. Új mérés előtt a higanyszálat a szűkületen át vissza kell rázni.
Nagyon pontos tudományos mérésekhez léghőmérőt és hidrogénhőmérőt használnak. A léghőmérő elve a levegő kitágulását szemléltető kísérletből érthető meg. A léghőmérő igen érzékeny és nagyon alacsony hőmérsékleten is használható.
|
A gyakorlati életben fémhőmérőkkel is találkozunk. Ezek a hőmérők két különbőzö minőségű, összeszegecselt fémszalagnak hőokozta alakváltozásán alapulnak. A különböző fémek ugyanis melegedéskor különböző mértékben tágulnak, s ha pl. vas és rézszalagot összeszegecselünk, a kettős szalag úgy görbül el, hogy a jobban táguló réz van a külső, domború oldalon. Gyakran spirális alakúra hajlítják a kettős fémszalagot (96. kép). Hőmérsékletváltozáskor a fémspirális elcsavarodik és a mutatót elfordítja. A mutató mögött tapasz- |
96. kép. Fémhőmérő. |
talati úton, higanyhőmérővel való összehasonlítással készült osztályzat [beosztás] van. Ilyenféle fémhőmérők találhatók a hőmérsékletet regisztráló készülékekben is.
A különböző anyagok ugyanakkora hőmérsékletváltozáskor nagyon különböző mértékben terjednek ki. Általános tapasztalat, hogy a folyadékok kiterjedése nagyobb, mint a szilárd anyagoké, és a gázok terjednek ki a legnagyobb mértékben. Egy méter hosszú vasrúd 10 C° hőmérsékletemelkedés alkalmával kb. 0.1 mm-rel hosszabbodik meg. Egy liter higany 10 C° hőmérsékletemelkedéskor kb. 1.8 cm3 rel tágul, egy liter levegő tágulása ugyanakkorta melegedés esetén kb. 37 cm3. Minden gáz nagy megközelitéssel ugyanolyan mértékben tágul a melegedéskor, mégpedig fokonként a 0°-ú térfogat 273-adrészével, feltéve, hogy a nyomás közben nem változik.
A hőkiterjedés gyakorlati alkalmazása. A testek hőokozta tágulását gyakorlatilag sokféleképen alkalmazzák. A kovács meleg állapotban húzza fel a vasabroncsot a kerékre, s lehűlés után az abroncs erősen ráfeszül. Erősen felmelegített vasgerendák lehűlésével járó összehúzódás nagy erőt tud kifejteni, s ezzel az eljárással régi épületek széthajló falait ki tudják egyenesíteni. Fontos a hőkiterjedés figyelembevétele a hídszerkezetekben. A vasbeton nagy szilárdságának egyik oka az, hogy a vas és a be-
ton körülbelül egyenlő mértékben tágul. Villamos izzólámpákba, rádiócsövekbe olyan fémeket forrasztanak be, amelyeknek tágulása körülbelül ugyanolyan mértékű, mint az üvegé, s így melegedéskor nincs kitéve a szétpattanás veszélyének.
Pontos mérések alkalmával mindig figyelembe kell venni a hőmérsékletet. Bármilyen hosszúságmérö eszköz csak azon a hőmérsékleten érvényes, amelyre beosztották; más hőmérsékleten ki kell számítani a kiterjedést vagy összehúzódást. Újabban olyan acél-nikkel ötvözetet készítenek (invarötvözet), amelynek hőkiterjedése igen csekély, és kényes műszerekben ilyen ötvözetet használnak.
A víz hőkiterjedése. Sajátságos a víz viselkedése hőkiterjedéskor. Ha zérus fokú vizet 4 fokra melegítünk, akkor eközben összehúzódik, térfogata csökken. Ha a vizet tovább melegítjük, akkor térfogata növekedik. Zérus és 4 fok között a víz más anyagokhoz viszonyítva rendellenes módon viselkedik, mert míg a testek melegítéskor általában kiterjednek, a zérus és 4 fok közti hőmérsékletü víz melegítéskor összehúzódik. A 4 C°-ú víz a legkisebb térfogatú, tehát a legsűrűbb. A víz e rendellenes viselkedésének a természetben nagy jelentősége van. Hideg időben az állóvizek felső rétege jdbban lehűl, mint az alsó rétegek, a felső vízréteg tehát egyre sűrűbb lesz, s így az alsó melegebb és könnyebb rétegekkel helyet cserél. Ez a folyamatos kicserélődés mindaddig tart, míg az egész víz tömeg egyenletesen 4 C°-ra le nem hűl. További lehűléskor a felső, hidegebb vízréteg már nem száll alá, mert a 3, vagy 2 C°-ú víz ritkább az alatta levő 4 C°-ú vízrétegnél. A legfelső vízréteg erős hőmérsékletcsökkenéskor lehűl a fagyáspontig, és meg is fagyhat, anélkül, hogy az alatta levő vízrétegek hőmérséklete 4 C° alá süllyedne. Az állóvizeknek többnyire csak a felső rétege fagy meg, a jégkéreg alatt levő 4 C°-ú vízben a víziállatok életben maradnak. Mindez a folyóvizekre is
érvényes, de ott a víz mozgása következtében lassabban indul meg a felső rétegek lehűlése és befagyása.
Hőmennyiség. Fajhő. A hőmérséklet fogalma nem elegendő a hőjelenségek leírásához. Ha ugyanazzal a hőforrással, pl. gázlánggal fel akarunk melegíteni 1 kg tömegű vasat és ugyanakkora tömegű vizet 20 C°-ról 100 C°-ra, azt tapasztaljuk, hogy a vas sokkal hamarabb melegszik fel, mint a víz. Mind a két testnek a hőmérséklete azért emelkedett magasabbra, mert a melegebb testtől, a hőforrástól valamit átvett. Azt, ami a melegebb testről a vele érintkező hidegebb testre átmegy, hőmennyiségnek nevezik. Ugyanakkora felmelegedéskor a vas jóval kevesebb hőmennyiséget vesz fel, mint a víz. A felmelegítéshez szükséges hőmennyiség a tömegtől is függ, mert ha pl. 2 kg vizet melegítünk ugyanakkora hőmérsékletre, ugyanazzal a hőforrással, kétszer hosszabb időre van szükségünk, mint 1 kg víz felmelegítésekor, vagyis a 2 kg tömegű víz kétszer több hőmennyiséget vesz fel. A hőmennyiség mértékegysége a gyakorlati életben is sokszor előforduló kilogrammkalória: az a hőmennyiség, amely 1 kg víz hőmérsékletét 1 C°-kal emeli. (*) Ez egyúttal a víz fajhője. Bármilyen anyag fajhője az a hőmennyiség, amely annak 1 kg-nyi tömegét 1 C°-kal felmelegíti. A vas fajhője kb. 0.1 kalória, tehát a vasnak felmelegítéséhez 10-szer kevesebb hőmennyiség szükséges, mint ugyanakkora tömegű víznek ugyanakkora felmelegítéséhez. Az anyagok nagyon különböznek egymástól abban, hogy felmelegedéskor mekkora hőmennyiséget fogadnak be, illetve lehűléskor mekkora hőmennyiséget adnak át környezetüknek. A földnek, különösen a laza, homokos talajnak kicsi a fajhője; ez magyarázza meg a laza talaj erős felmelegedését nyári napsütésben és ugyanannak gyors lehűlését derült éjtszakákon. Nagy víztömeg erős napfény hatására is csak lassan melegszik fel, és éjtszaka lassan hűl le. Ennek következtében a szárazföld és a tenger felett a levegő egyenlőtlenül melegszik fel és hűl le. Part-
(*) Manapság a gyakorlati életben is ritkábban használják. [NF]
vidéken a szárazföld felett nappal a levegő melegebb, mint a tenger felett, éjtszaka pedig a tenger felett melegebb a levegő, mint a szárazföld felett.
Halmazállapotváltozások. Hőjelenségekkel kapcsolatos a testek halmazállapotának megváltozása. Olvadáskor a szilárd anyag folyékony halmazállapotba megy át, az ellenkező folyamatot fagyásnak nevezzük. A folyadék párolgással vagy forrással megy át légnemű halmazállapolba, ennek ellenkező folyamata a lecsapódás.
Olvadás, fagyás. Az átmenet szilárd halmazállapotból a folyékonyba vagy úgy következik be, hogy a szilárd anyag előbb meglágyul, nyúlóssá, végül folyékonnyá válik, mint pl. a viasz, vagy pedig a halmazállapotváltozás hirtelen, minden átmenet nélkül áll be. Ilyen a jég, a fémek, s általában a legtöbb szilárd anyag megolvadása. Az olvadást az jellemzi, hogy szilárd anyagrészek a már megolvadt folyadékkal érintkezésben vannak, és a hőmérséklet az olvadás folyamán nem változik. Az anyag olvadásakor hőmennyiséget vesz fel, anélkül, hogy hőmérséklete emelkednék. Az olvadáshoz szükséges hőmennyiség természetesen annál több, minél nagyobb a szilárd anyag tömege, s ezenfelül az anyag minőségétől függ. Például 1 kg jég megolvasztásához 80 kalória hőmennyiség szükséges, vagyis annyi hőmennyiség, amely 1 kg vizet 0 C°-ról 80 C°-ra tudna felmelegíteni; 1 kg vas megolvasztása 30 kalória hőmennyiséget kíván. Valóban közismerten jelentékeny mennyiségű hő szükséges nagyobb jégtömeg megolvasztásához, viszont tapasztalás szerint a vaskohókban is csak igen nagy hőmennyiséggel tudják a vasat megolvasztani.
Minden olyan anyag, amelynek olvadása átmenet nélkül következik be, meghatározott hőmérsékleten olvad. Ezt a hőmérsékletet az illető anyag olvadáspontjának nevezik. A vas olvadáspontja 1200 C° körül van, ennélfogva a vasat előbb erre a magas hőmérsékletre fel kell melegíteni és akkor kg-[on]ként még 30 kalóriát kell a vasnak felvennie, hogy meg-
olvadjon. Az egyes anyagok olvadáspontja nagyon különböző. Alacsony olvadáspontú fém az ón (228 C°), ólom (326 C°). Ezért használják az ónt forrasztásra. Készítenek ónból, ólomból, bizmutból és kadmiumból olyan fémötvözetet, amelynek olvadáspontja bármelyik alkotó féménél alacsonyabb, kb. 65 C°. A platina olvadáspontja 1770 C°, az izzólámpákban izzószálként használt wolframfém olvadáspontja 3400 C°.
Az olvadáspont az anyagra kifejtett nyomástól is függ. A hógolyót úgy készítik a gyerekek, hogy a kezükbe vett havat nyomással alakítják. A nagyobb nyomásnak kitett jég olvadáspontja 0 C°-nál alacsonyabb, ennélfogva a nyomásnak kitett hó egyrésze megolvad, majd a nyomás megszűntével ismét megfagy. Ez a magyarázata a jégárak (gleccserek) képződésének. A magas hegyek jégárainak belsejében az alsó rétegek a rájuk nehezedő nyomás következtében helyenkint megolvadnak, plasztikussá válnak és a jégár medrében rendkívül lassan lefelé csúsznak.
Ha sót oldunk vízben, a sóoldat alacsonyabb hőmérsékleten fagy meg, mint a tiszta víz. Az oldás a fagyáspont csökkenésével jár együtt. Téli időben az utcai vízvezetéki csapokat megsózzák, ezzel hátráltatják a fagyást.
Ahhoz, hogy a folyadék megfagyjon, vagyis szilárd halmazállapotba menjen át, a folyadék hűtése szükséges. A folyadékot elsősorban le kell hűteni olvadáspontjáig s a további hűtéskor megindul a fagyás, anélkül, hogy az anyag hőmérséklete alábbszállna. A fagyás alatt tapasztalható állandó hőmérsékletet fagyáspontnak nevezzük, s valamely anyagnak olvadáspontja és fagyáspontja azonos hőmérséklet. Fagyás közben a folyadék állandóan hőmennyiséget ad át környezetének és pedig kg-[on]ként ugyanannyit, amennyi az illető szilárd anyag megolvasztásához szükséges.
A levegőtől mentesített vizet a fagyás megindulása nélkül nehány fokkal a fagypont alá lehet hűteni, ha a víz teljes nyugalomban van. A fagyáspontja alá hűtött folyadék neve
túlhűtött folyadék. Ha túlhűtött vízbe jégdarabkákat dobunk, vagy megrázzuk, hirtelen megindul a fagyás és a hőmérséklet a fagypontig emelkedik. A felmelegedés attól a hőmennyiségtől származik, amelyet a megszilárduló víz kiad magából.
Párolgás. Ha pohárba színig vizet öntünk és magára hagyjuk, azt tapasztaljuk, hogy a víz felszíne lassanként lejjebb kerül, a víz mennyisége egyre fogy, napok mulva a víz teljesen eltűnik a pohárból. Ha ugyanannyi vizet lapos tálba öntünk, a víz sokkal hamarabb tűnik el, mint a pohárból. A víz és bármilyen folyadék a felületén légnemű halmazállapotba megy át. Ezt a jelenséget párolgásnak nevezik. Ugyanaz a folyadék annál erősebben párolog, minél nagyobb a szabad felülete és minél magasabb a hőmérséklete. Jól fűtött szobában a víz hamar elpárolog. Száraz levegőben élénkebb a párolgás, mint nedves levegőben. A szél is elősegíti a párolgást. A nedves ruha szélben gyorsan megszárad. Különböző folyadékok azonos körülmények között különbözőképen párolognak. Az alkohol a víznél erősebben párolgó folyadék s még jobban párolog az éter. A párolgásból származó gőzök minden irányban szétterjednek a levegőben.
A párolgó folyadéknak hőmennyiségre van szüksége. Ezt a hőmennyiséget a folyadék részben saját hőkészletéből, részben környezetétől vonja el. Ha mosakodás után nem törölközünk meg elég gyorsan, és a testünk felületén maradt víz elpárolog, akkor fázunk. Ha a hőmérő edényére kevés vattát kötünk, és arra alkoholt cseppentünk, az alkohol párolgása következtében a hőmérő lehűl. A párolgással együttjáró lehűlést használják fel mesterséges jég készítésére. Ammoniák párologtatásával sós vizet hűtenek le körülbelül –20°-ig. Az így lehűtött sóoldatba bádogedényekben tiszta vizet süllyesztenek, s a tiszta víz megfagy akkor, amikor a tömény sóoldat még folyékony. Mázatlan korsókban tartott víz a nyári melegben a korsó falán át párolog és a vizet hűvösen tartja.
Az a hőmennyiség, amelyet 1 kg folyadék von el környezetétől elpárolgáskor, az illető folyadék párolgási hője. Különböző folyadékok párolgási hője különböző, és ugyanazon folyadéké a hőmérséklettel változik. Magasabb hőmérsékleten kevesebb hőmennyiség kell ugyanannyi folyadék elpárologtatásához. Például 5O°-ú víz párolgási hője 572 kalória, 100°-ú víz párolgási hője 536 kalória.
Telített gőz. Ha a részben folyadékkal megtöltött palackot dugóval jól elzárjuk, a palackban a folyadék fölött gőz gyűlik össze. A folyadékból párolgással annyi gőz képződik, amennyit az elzárt tér egyáltalán be tud fogadni. Az ilyen gőzt telített gőznek nevezik. A telí-
|
tett gőz sűrűsége mindig nagyobb a külső levegőben szétszórtan található nem telített gőz sűrűségénél. Ha pl. éteres palackból kevés étert egy tálra cseppentünk, azután a palackot jól ledugaszoljulk, akkor az elzárt palackban telített étergőz van, a külső levegőben pedig a néhány csepp éter párolgásából származó étergőz nem telített, sűrűsége jóval kisebb, mint az elzárt palackban levő telített étergőzé. A telített gőz sűrűségével együtt a nyomása is a lehető legnagyobb. A telített gőz nyomását a következő egyszerű kísérlettel lehet meghatározni. A Torricelli-féle kísérlethez használt vastagfalú barométercsövet nyílásával fölfelé fordítva higannyal megtöltjük, a higany fölé pedig egy-két cm-nyire a kérdéses folyadékot, pl. alkoholt rétegezzük. A megtöltött üvegcsövet ujjunkkal befogva megfordítjuk, és higannyal megtöltött szélesebb csőbe tesszük (97. kép). A higanyba mártott üvegcső úszik benne, a higany a keskeny csőben bizonyos magasságban megmarad, fölötte van az alkoholréteg és azontúl telített alkoholgőz foglal helyet. A telített alkoholgőz nyomása annyival kisebb a külső levegő nyomásánál, amennyi a keskeny és a széles csőben levő higanyfelszínek magasságkülönbsége. Ha pl. a két higanyfelszín magasságkülönbsége 710 mm és ugyanakkor a külső légnyomás 754 mm, akkor a telített alkoholgőz nyomása 44 mm-es higanyoszlop nyomásával egyenlő. Húzzuk valamivel feljebb a telített gőzt tartalmazó csövet. Azt tapasztaljuk, hogy a higanyfelszín változatlan marad, vagyis a telített gőz nyomása ugyanakkora, csupán nagyobb teret tölt be. Mivel a nyomással együtt sűrűsége is ugyanakkora, mint előbb, ez csak úgy lehetséges, hogy a zárt térfogat növekedésekor az érintkező folyadékból párolgással annyi gőz fejlődik, amennyi a megnövekedett teret betölteni képes. Ha viszont a vékonyabb csövet beljebb toljuk, s ezzel a telített gőz térfogatát kisebbítjük, akkor sem változik a telített gőz nyomása és sűrűsége. Ebben az eset- |
97. kép. Telített gőzök nyomása. |
ben bizonyos mennyiségű telített gőz lecsapódik, tehát az elzárt teret ugyanakkora sűrűségű gőz tölti be. A telített gőz nyomása és sűrűsége független a térfogattól. Ha azonban a csőnek telített gőzt tartalmazó végét melegítjük, akkor a higany felszíne süllyed, vagyis a telített gőz nyomása és sűrűsége növekedik. Természetesen melegítéskor a folyadékból újabb gőz fejlődik, lehűléskor pedig a fölös gőz lecsapódik. Bármilyen folyadék telített gőzének nyomása növekedik a hőmérséklettel. A telített vízgőz nyomása 0°-on kb. 4 mm, 10°-on 9 mm, 20°-on 17 mm, 30°-on 31 mm, 60°-on 149 mm, 100°-on 760 mm magas higanyoszlop nyomásával egyenlő. A telített higanygőz nyomása 20°-on mindössze 0.0015 mm higanyoszlop nyomásával egyenlő, 100°-on is csak 0.28 mm.
A telített gőz állapota aránylag könnyen átalakul folyékony halmazállapotba. Ha változatlan hőmérsékleten kisebbítjük a térfogatot, a gőz egy része nyomban folyadékká válik, lecsapódik. Ha a telített gőz térfogatát nem változtatjuk s csak kevéssel is lehűtjük, egy része lecsapódik. Az átmenet a telített gőz állapotából a folyékony halmazállapotba és viszont kicsi térfogat vagy hőmérsékletváltozással könnyen végbemegy.
Légköri lecsapódások. A levegőben mindig több-kevesebb vízgőz van. Ez a vízgőz általában nem telített. Bizonyos körülmények között azonban a levegőben levő vízgőz telítetté válhatik és le is csapódik. Így keletkeznek a légköri lecsapódások. A lecsapódás közvetlen oka a lehűlés. A légkörben a Föld felszínének különböző felmelegedése miatt hőmérsékletkülönbségek keletkeznek, ennek pedig az a következménye, hogy egyes helyeken légtömegek szállnak fel a magasba. A felszálló légtömegek kiterjednek és lehűlnek s a lehűlés elég nagy magasságban olyan fokú lehet, hogy a felszálló légtömegben levő vízgőz telítetté válik, sőt kis cseppek alakjában ki is csapódik. Így keletkeznek a felhők. Ha ez a kicsapódás a Föld felszíne közelében következik
be, akkor a cseppecskék át nem látszó tömege ködöt alkot. Ha a felhőben a kicsapódás hosszabb ideig tart, az eredetileg egészen apró cseppek megnövekednek és sokáig azt hitték, hogy így keletkezik, vagyis egyszerűen "megered" az eső. Az újabb légkörkutatás azonban bebizonyította, hogy az eső keletkezése sokkal bonyolultabb folyamat. Erre nem térhetünk ki, csak jelezzük, hogy a felhők kis cseppecskéiből nem közvetlenül keletkezik az eső, hanem az szükséges, hogy a levegő olyan sebesen áramoljék fölfelé, hogy a magával ragadott cseppek a nagy magasságban megfagynak és leesés közben is még megnövekednek; így jön létre a hó és a jégeső és ezek elolvadásából a közönséges eső. Ha a magasban megeredő eső télen az alacsonyabb, 0°-nál hidegebb légrétegbe kerül, ott is megfagyhat és mint ónos eső, vagy dara hull a földre.
Derült és szélcsendes éjtszakákon a talaj kisugárzás következtében erősen lehűl. Ilyenkor a talaj felszíne hidegebb a levegőnél, ezért közelében a vízgőz telítetté válhatik és harmat, igen erős lehűlés esetében dér alakjában a földi tárgyakra, növényekre lecsapódik. A levegő nedvességi állapotán azt értjük, hogy a levegőben tényleg jelenlevő vízgőzök mennyire vannak közel a telített állapothoz. A levegő nedvességét azzal szokták jellemezni, hogy a tényleg jelenlevő vízgőzök nyomása hány százaléka az ugyanazon hőmérsékletű, telített vízgőzök nyomásának. Télen a nedvesség százaléka rendszerint nagy szám, mert az alacsony hőmérsékleten a nem túlságosan nagy mennyiségű vízgőz aránylag közel van a telített állapothoz. Nyáron viszont a magas hőmérsékleten jelentékenyebb nyomású vízgőz lehet a levegőben, és mégis kicsi lehet a nedvesség, mert a gőz távol van a telítettségtől.
A gőz lecsapódáskor hőmennyiséget ad át környezetének, éspedig kg-[on]ként annyi kalória hőmennyiséget, amennyi az illető folyadék párolgási hője a lecsapódás hőmérsékletén. A lecsapódásból származó hőmennyiséget hasznosítják a gőz-
fűtésben. A fűtőtest belső falán lecsapódó vízgőzök felmelegítik a fűtőtestet és annak révén a szoba levegőjét.
Vízgőz kicsapódásából vegyileg tiszta vizet, ú. n. desztillált vizet kapunk. A kicsapódásból származó víz nem tartalmaz oldott anyagokat. Borszesztartalmú folyadékok felmelegítésekor borszeszgőzök fejlődnek s ha a gőzöket lehűtjük, tiszta borszesz keletkezik. Ez a folyamat a lepárlás (desztilláció).
Forrás. A folyadék gőzzé válásának különös esete a forrás. Jól ismert jelenség a víz forrása. A víz melegítésekor már 60–70° körül buborékok jelennek meg a víz belsejében, s felszállva a felszínen át távoznak. Először a vízben levő levegő távozik el. Minél közelebb jut a víz hőmérséklete a 100°-hoz, annál több buborék száll fel, majd rendes körülmények között 100°-on sűrűn szállnak fel buborékok, emiatt az egész víztömeg heves mozgásba jön. A felszálló buborékok telített vízgőzt tartalmaznak, tehát forráskor a gőzképződés nemcsak a folyadék felszínén, hanem belsejében is végbemegy. E folyamat megindulásának az a feltétele, hogy már a hideg víz belsejében is legyenek kicsi üres terek, amelyekben gőz gyűlhetik össze. S valóban a vízben és más folyadékban mindig vannak parányi kis, szemmel nem látható légbuborékok, ezekben keletkezik telített gőz. A hőmérséklet emelkedésekor a buborékokban levő telített gőz nyomása egyre növekedik, kitágítja a buborékot, a buborék látható nagyságot ér el és kiszabadul a folyadék belsejéből. Ehhez azonban az szükséges, hogy a buborékokban levő telített gőz nyomása elérje a külső levegő nyomását. A telített vízgöz nyomása éppen 100°-on éri el a 760 mm-nyi normális külső légnyomást. Ezért a víz forrása 100°-on indul meg. Így van ez minden folyadékkal: bármely folyadék normális forrási hőmérséklete, szokásos ei nevezéssel, forráspontja, az a hőmérséklet, amelyen az illető folyadék telített gőzének nyomása éppen 760 mm higanyoszlop nyomásával egyenlő. Különböző folyadékok forrás-
pontja nagyon különböző. Az éter 35°-on forr, a borszesz 78°-on, a higany 357°-on.
|
A gőzbuborékok távozása a folyadék belsejéből a külső nyomástól függ. Ha kisebb nyomás nehezedik a folyadék felszínére, akkor a buborékok nyilván könnyebben távozhatnak a folyadékból, mert a buborékokban levő telített gőz nyomásának a mindenkori külső nyomást kell elérnie. Amennyiben forrásnak nevezzük általában azt a jelenséget, hogy a telített gőzök a folyadék belsejéből a folyadék heves mozgása közben eltávoznak, akkor a forrás a forrásponttól eltérő hőmérsékleten is bekövetkezhetik. Ezt a következő kísérlet bizonyítja. Forraljunk gömbölyű palackban vizet, s amikor már erős a gőzfejlődés, dugaszoljuk le és szüntessük meg a további melegítést. Bár a víz fokozatosan lehűl, a forrás kisebb mértékben tovább tart. Sőt ha a ledugaszolt palackot megfordítjuk és |
98. kép. A víz forráspontjának változása a nyomással. |
hideg vizet öntünk rá, a forrás még erősebben indul meg (98. kép). Ezt a jelenséget azzal magyarázzuk, hogy forraláskor a palackból kiáramló gőzök kihajtják a levegő legnagyobb részét, tehát a bedugaszolás után a víz fölött szinte csak telített vízgőz marad. Ha e telített gőzt a palackra öntött hideg vízzel erősen lehűtjük, akkor a gőz nagy része lecsapódik, nyomása a hűtés miatt erősen lecsökken, és így a már szintén alacsonyabb hőmérsékletű vízből könnyen eltávoznak a gőzbuborékok. Minél jobban hűtjük a telített gőz terét, annál kisebbé válik a víz fölötti nyomás, s így annál hevesebben indul meg a buborékok kiáramlása a víz belsejéből, vagyis a forrás. Szobahőmérsékletű víz is forr ilyen értelemben, ha nagyon kicsi nyomás van fölötte. A forrás hőmérsékletének változása a nyomással adja magyarázatát annak a jelenségnek, hogy magas hegyvidéken, ahol a külső levegő nyomása a normálisnál jóval kisebb, a víz 100°-nál alacsonyabb hőmérsékleten forr. Pl. 4700 m magasságban a víz forrási hőmérséklete kb. 85°. Hegyvidéken légmentesen lezárt edényekben főzik az olyan ételeket, amelyek 100°-on alul nem puhulnak meg; az ilyen edényben a melegítéskor fejlődő telített gőz nyomása késlelteti a forrást. Az iparban is használják az ilyenféle vastagfalú, légmentesen zárt (Papin-féle) edényeket olyan anyagok kifőzésére, amelyek 100°-on még nem lágyulnak meg, pl. az enyvgyártásban. Az ilyen edényben a víz 100°-on sem forr, mert a normális légköri nyomásnál nagyobb nyomás nehezedik rá. Nagy nyomás alatt a vizet fel lehet melegíteni 100°-on túl is.
Ha többszöri forralással a vízből az elnyelt levegőt legnagyobb részben eltávolítjuk, akkor normális nyomáson is felmelegíthetjük a vizet 100°-nál jóval magasabb hőmérsékletre, anélkül, hogy forrásnak indulna. Az ilyen túlhevített folyadék felszínén erősen párolog, és ha megrázzuk, porszemeket, vagy levegőt vezetünk bele, hirtelen lökéssel indul forrásnak, és az így keletkező nagymennyiségű és nagy-
nyomású gőzök a folyadékot tartalmazó edényt szétvethetik. A kazánrobbanást gyakran a túlhevített víz hirtelen bekövetkező forrása okozza.
A vízben oldott anyagok is emelik a forrás hőmérsékletét. Ha vízben sókat oldunk, a víz normális nyomáson is 100° fölött forr, és pedig a forrás hőmérséklete annál magasabb, minél több sót oldunk a vízben.
Kritikus állapot. A gőzök cseppfolyósítása, mint láttuk térfogatuk csökkentésével, vagyis nyomásuk növelésével érhető el. Ha az eredetileg nem telített gőzt egyre kisebb térfogatra nyomjuk össze, elérkezünk a telített gőz állapotához, és ha ezután is folytatjuk a térfogat kisebbítését, akkor már lecsapódáS, vagyis cseppfolyósodás következik be. Innen kezdve a térfogat csökkentése nem jár a nyomás megnövekedésével. Ezzel az eljárással azonban nem sikerül bármilyen légnemű testnek a cseppfolyósítása. Már egy évszázaddal ezelőtt megpróbálkoztak azzal, hogy magát a levegőt, illetőleg alkotó részeit, a nitrogént és az oxigént, továbbá a hidrogént, igen nagy nyomás alatt cseppfolyósítsák, de ez semmiképen sem sikerült. Viszont sikerült ilyen módon néhány olyan gáznak, pl. klórnak a cseppfolyósítása, amelyek folyékony állapotban nem voltak ismeretesek. Soká rejtélyes volt ez a jelenség, míg ANDREWS angol tudós 1871-ben felfedezte a rejtély titkát. Vizsgálódásai arra az eredményre vezettek, hogy minden anyaghoz tartozik olyan hőmérséklet, amelyen felül semmiféle módon nem lehet cseppfolyósítani. Ezt az anyagra jellemző hőmérsékletet kritikus hőmérsékletnek nevezik. A kritikus hőmérséklet fölött az anyag csak légnemű halmazállapotban fordulhat elő. Azoknak a légnemű testeknek, amelyeket hosszú időn át nem sikerült cseppfolyósítani, igen alacsony kritikus hőmérsékletük van. Mint később kiderült, az oxigén kritikus hőmérséklete –119°, a nitrogéné –146°, a hidrogéné még alacsonyabb: –241°. ANDREWS magyarázata szerint tehát a cseppfolyósításhoz nem elég a nyomás növelése, megfelelő lehűtés is
szükséges hozzá. Az említett három gáz kritikus hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékletet soká nem tudtak létesíteni, s ez teljesen megmagyarázza a cseppfolyósítítsi kísérletek sikertelenségét. A klór kritikus hőmérséklete 146°, tehát a klór közönséges hőmérsékleten is kellő nyomással cseppfolyósítható. A kellő lehűtés szükségességének felismerése után megindult a tudósok körében a versengés a minél alacsonyabb hőmérsékletek létesítése érdekében, és ez a törekvés különféle eljárással sikerre is vezetett. Részben a párolgásból származó hőveszteséget, részben pedig a nagy nyomásról hirtelen kiterjedő gáz nagyfokú lehűlését használták fel erre a célra. Használatos a Linde-féle ellenáramos készülék. Ebben a készülékben a kb. 200 atmoszféra nyomású 0°-ú levegő szelepen át hirtelen kiterjed, nyomása az előbbinek tizedrészére száll le, és a kiterjedő levegő erősen lehűl. Az ilyen módon erősen lehűtött levegőt olyan csövön át szívják, amely a magasnyomású levegőt tartalmazó csövet burkolja, ennélfogva még tovább lehűti. A kiterjedő levegő egyre alacsonyabb hőmérsékletűvé válik s fokozatosan eléri a kritikus hőmérsékletet. A folyékony oxigént az iparban különösen autogénhegesztésre használják.
Folyékony levegő. A folyékony levegő – és a folyékony oxigén is – kékes színű folyadék. Szobahőmérsékletű környezetben természetesen igen erősen párolog, valamivel hosszabb ideig csak olyanféle kettősfalú üvegedényben tartható, amilyen a hőpalack (termosz). Az ilyen ú. n. Dewar-féle edény kettős fala közötti tér légüres és meggátolja a hő vezetését, tehát lassítja a folyékony levegő felmelegedését. Sok érdekes jelenséget figyelhetünk meg folyékony levegőben vagy oxigénben. A vizet tartalmazó testek, pl. növény, gyümölcs, továbbá a kaucsuk törékennyé válnak, kalapálhatók. Folyékony levegőben könnyűszerrel meg lehet fagyasztani kémcsövekbe öntött étert, borszeszt és higanyt. A folyékony levegőből a nitrogén erősebben párolog, mint az oxigén, ezért a szabad levegővel érintkező folyékony levegő egy idő mulva legnagyobb részben folyé-
kony oxigénné alakul át. Mivel az égéshez oxigén kell, parázsló fapálca lángra lobban benne. A teljesen rugalmatlan ólom a folyékony levegőben lehűtve rugalmassá válik, ha azonban szobahőmérsékletre melegszik fel, ismét elveszti rugalmasságát.
A következő egyszerű meggondolás meggyőzhet arról, hogy kritikus állapotnak lennie kell. Nem lehet kétséges, hogy bármilyen hőmérsékleten, amelyen valamilyen anyag folyékony és légnemű halmazállapotban ismeretes, a folyadék jóval sűrűbb, mint a gőze. A gőz mindig a telített állapotban leglegsűrűbb, de még a telített gőz sűrűsége is jóval kisebb a folyadék sűrűségénél. Gondoljuk el, hogy vastagfalú, teljesen zárt csőben valamilyen folyadékot zárunk el telített gőzével; más gáz, pl. levegő, nincsen a zárt térben. Ha a csövet melegítjük, a folyadék sűrűsége a kiterjedés következtében egyre csökken, telített gőzének sűrűsége viszont egyre növekedik. Mivel a sűrűségeknek ez a változása a hőmérséklet emelkedésével mindig ugyanígy következik be, a folyadék pedig az egyre növekedő gőznyomás miatt nem indul forrásnak, el kell jutnunk olyan, a folyadék normális forráspontjánál jóval magasabb hőmérséklethez, amelyen a folyadék sűrűsége vele érintkező telített gőzének sűrűségével megegyezik. Ekkor nyilván semmi különbség sincsen a folyadék és a telített gőz állapota között. A valóságban végrehajtott kísérletek is azt bizonyítják, hogy a gőzével elzárt folyadék felszíne egy bizonyos magas hőmérsékleten eltűnik, s az egész csövet egynemű anyag tölti be. Ilyenkor következik be a kritikus állapot. Ennél magasabb hőmérsékleten a folyadéknak ritkábbnak kellene lennie telített gőzénél, ami lehetetlen, tehát a kritikus hőmérséklet fölött az anyag folyékony állapotban nem lehet. A kritikus hőmérsékleten a telített gőznek meghatározott nyomása van; ezt a nyomást kritikus nyomásnak nevezik. A kritikus nyomás igen jelentékeny értékű, pl. vízre a kritikus nyomás 217 légköri nyomás.
Hővezetés. Ha csészébe forró teát öntünk és kanalat
teszünk bele, a kanál nyele is hamarosan felmelegszik. Ha fémpálca egyik végét kézbe fogjuk, másik végét pedig gázlángba tartjuk, akkor egy idő mulva érezzük a pálca kézben tartott végének melegedését, és pedig annyira, hogy ki kell ejtenünk kezünkből. A pálca közepe még hamarabb melegszik fel. A hő tehát az anyagokban tovaterjed s azt a jelenséget, hogy a hő az anyagban részecskéről részecskére terjed, miközben az anyag részecskéi felmelegszenek, hővezetésnek nevezik. A különböző anyagok különbözőképen vezetik a hőt. Ha az előbb említett kísérletet ugyanolyan hosszú üvegpálcával végezzük el, az üvegpálca kézben tartott vége jóval lassabban melegszik fel, mint bármilyen fémpálca vége. Jó hővezetők a fémek, köztük is legjobb hővezető az ezüst, utána következik hővezetés tekintetében a réz, majd az arany, cink, ón, vas stb. Rossz hővezetők, más szóval hőszigetelők, a fa, üveg, porcellán, folyadékok, zárt térben levő gázok, laza állományú anyagok, gyapjú- és selyemszövetek, szalma, stb.
A fémek jó hővezetését bizonyítja a következő kísérlet. Gázlámpa fölött drótszövetet helyezünk el (99. kép). Ha a gázcsapot kinyitjuk, a gázlángot meggyujthatjuk a drótszövet fölött, alatta a gáz nem ég. Vagy pedig ha előre meggyujtjuk a gázlángot, a föléje tartott drótszövettel lenyomhatjuk a lángot, a drótszövet fölött nem ég a gáz. A drótszövet annyira elvezeti a hőt, hogy a gáz nem gyullad meg. Ezen alapszik a bányászok biztosító lámpája. A bányászlámpát is fémdróthálóval vonják be. A veszedelmes, robbanékony bányalég a lámpától nem gyulladhat meg, mert a drótszövet a lámpa melegét elvezeti.
|
99. kép. A drótszövet jó hővezető. |
100. kép. A víz rossz hővezető. |
A víz rossz hővezető. Ha kémcsőbe hideg vizet öntünk, a kémcső aljára valamivel megterhelt jégdarabkát teszünk, és a kémcső vizét felül melegítjük, a víz alul hideg marad, a jég sem olvad meg egyhamar (100. kép).
A kettős ablakok azért jó hőszigetelők, mert a két ablak közé zárt levegőréteg szigetel.
A talaj is rossz hővezető. Körülbelül egy méterrel a föld felszíne alatt már alig van hőmérsékletingadozás.
Vasalónak és más melegen használt eszköznek fa, üveg vagy porcellánnyelet készítenek, forró főzőedényt szövetdarabból fogunk kézbe. A kutakat, fákat télen szalmával fedik be.
A légüres tér is hőszigetelő, hiszen nincs anyag, amely a hőt továbbvezesse. Ezen alapszik a már említett kettősfalú Dewar-féle edény s ennek a gyakorlati életben használt alakja, a hőpalack.
Hőáramlás. Bár folyadékokban és gázokban vezetés útján csak kevéssé terjed a hő, bizonyos körülmények között mégis hőterjedést tapasztalunk ilyen halmazállapotú anyagokban is. Ha vízzel telt edényt alulról melegítünk, a víz egész tömegében felmelegszik. Ezt azzal magyarázzuk, hogy a felmelegített alsó vízréteg kisebb sűrűsége miatt fölfelé áramlik, helyet cserél a fölötte levő hidegebb és sűrűbb vízrétegekkel. A vízben tehát folytonos áramlás keletkezik, ennek
következtében az egyes vízrétegek különböző hőmérsékletei kiegyenlítődnek. A hő terjedésének ezt a módját hőáramlásnak nevezik. Ugyanez a jelenség megy végbe a szoba levegőjében fűtéskor. A levegő a kályha, vagy a központi fűtéshez tartozó fűtőtest közelében felmelegszik és felszáll, a hideg levegő pedig lefelé áramlik, tehát itt is állandó kiegyenlítődés megy végbe, de a szoba levegőjének felsőbb rétegei mindig melegebbek az alsóknál. A levegőnek erről az áramlásáról úgy győződhetünk meg, hogy a meleg szoba fűtetlen helyiségbe nyíló ajtaját kissé kinyitjuk és az ajtónyílásba különböző magasságban gyertyalángot helyezünk. A levegő áramlása következtében a gyertyaláng felül kifelé, alul pedig befelé hajlik el.
A hő akkor terjed áramlás útján, ha a folyékony vagy légnemű anyagnak egymásután más és más része melegszik fel a hőforrástól, mert a felmelegedett, kitágult, ennélfogva megkönnyebbedett anyagi részek helyükből elmozdulnak és a hidegebb részekkel helyet cserélnek.
Hőáramláson alapszik a központi melegvízfűtés. A ház pincéjében elhelyezett kazánt a padláson levő víztartóval két csőrendszer köti össze. A kazán tetejéről kiinduló csövekben a meleg víz felfelé áramlik a víztartóba, onnét pedig a másik csőrendszeren át lefelé a kazán alsó részébe. A fűtőberendezéseket az utóbbi csőrendszerhez kapcsolják, s így azok a lefelé áramló meleg víztől melegszenek fel. A kazán alján jóval alacsonyabb hőmérsékletű víz érkezik vissza.
Hőáramláson alapszik a füstvezetékek működése is. A meleg levegő a füstvezetékekben felemelkedik és a kéményekből kitódul; helyébe a szobában levő hideg levegő kerül. Ez az állandóan felfelé tartó légáram magával ragadja a kályhák égési termékeit, a széngázokat, kormot, apró vízcseppeket.
A tenger vizének egyenlőtlen felmelegedése okozza a tengeráramlásokat. Jól ismeretes a Mexikói-öbölből kiinduló és Európa nyugati partjai felé tartó Golf-áramlás; ez a tenger-
áramlás lényegesen enyhíti Európa nyugati és északnyugati vidékeinek éghajlatát.
A Földünket körülvevő légtengerben is sok alkalom van egyenlőtlen melegedésre. A szárazföldek felett más a legalsó légréteg felmelegedése, mint a tengerek felett. A felmelegedés függ természetesen a földrajzi szélességtől és a talaj minőségétől is. Az egyenlőtlen felmelegedés következtében légkörünkben áramlások keletkeznek; ezek az áramlások szelek gyanánt jelentkeznek. A légtengerben keletkező köráramlásokat, cirkulációkat következőképen magyarázzuk. Tegyük fel, hogy a felszín közelében levő levegő valahol nagyobb mértékben melegszik fel, mint egy másik helyen. Az erősebben felmelegedett légtömeg kiterjed, felszáll a magasba és ott átfolyik olyan helyre, ahol kisebb a felmelegedés. Mivel ennek következtében a légkör egyensúlya megbomlik, a hideg hely fölött a légtömegek leszállnak és a felszín közelében visszaáramlanak az erősebben felmelegedett helyhez. A Föld felszíne közelében tehát a hideg helyről a meleg hely felé, a magasban pedig a meleg helyről a hideg hely felé fúj a szél. Ez az oka annak, hogy Földünkön a mérsékelt égövek felől állandóan fúj a szél az egyenlítő felé. Ez a szél a passzátszél, iránya azonban a Föld forgása következtében eltérül és az északi félgömbön északkelet felől fúj délnyugat felé. A passzátszelet az egyenlítő vidékén felszálló légáram, a magasban az egyenlítőtől távolodó antipasszátszél és a térítők vidékén leszálló légáram egészíti ki teljes köráramlássá. Hasonló ehhez a monszúnszelek keletkezése. Télen az Indiai-óceán fölött melegebb a levegő, mint az ázsiai szárazföld fölött, ezért a felszín közelében a szárazföld felől fúj a szél (téli száraz monszún). Nyáron megfordul a dolog: a szél az Óceán felől fúj és nagy esőzéseket okoz Indiában. Kevésbbé szabályosan Nyugat és Közép-európában is jelentkeznek időnként monszúnszelek. Ugyanígy magyarázzuk a partvidékeken megfigyelhető éjtszakai szárazföldi és nappali tengeri szeleket.
A hő terjedése sugárzással. A hő terjedésének még egy harmadik esete is van. Verőfényes téli napon kellemesen érezzük a napsugár melegét. A befűtött szoba levegője még hideg lehet, de a kályha közelében meleg sugárzik felénk. A hő sugárzással terjed a levegőben, anélkül, hogy magát a levegőt felmelegítené. A Naptól származó óriási hőmennyiség a világűrön át, tehát a légüres térben terjed, áthatol Földünk légkörén, felmelegíti a Föld felszínét, és innen melegszik a Föld közelében levő levegőréteg is áramlással és kis részben vezetéssel.
A hőhatású sugárzásról bebizonyosodott, hogy ugyanolyan természetű, mint a fénysugár. Ugyanaz a sugárzás különféle hatásokban nyilatkozik meg: fénybenyomást, színérzeteket kelt bennünk, a testeket felmelegíti és vegyi hatásai is vannak. Amidőn a sugárzás valamilyen testet felmelegít, azt szoktuk mondani, hogy az illető test a sugarakat, vagy azok egy részét elnyeli. Minél több sugarat nyel el valamilyen test, annál jobban felmelegszik. A sugarak elnyelése a test felületének minőségétől függ. Sötétszínű és érdes felületű testek sugárzás hatására jobban felmelegszenek, tehát több sugarat nyelnek el, mint a világos színű és sima felületű testek. A hőmérő árnyékban a levegő hőmérsékletét mutatja; napfényben magasabb hőmérsékletet jelez, és ha a hőmérő higanytartó részét bekormozzuk, napfényben még magasabbra emelkedik a higanyszál. Télen azért hordunk sötét és bolyhos felületű ruhát, hogy minél több sugárzással terjedő hőt nyeljen el; a nyáron hordott világos és sima felületű ruhák a sugarak nagy részét visszaverik. A hűtőkocsikat is azért mázolják fehérre, hogy a napsugarak a fehér felületről visszaverődjenek. A Föld felülete is sok hőt sugároz ki, különösen éjjel. Felhős időben kevesebb a Föld felületének hővesztesége, mert a felhők a sugarak nagy részét visszaverik a Föld felé. Derült éjtszakákon viszont a kisugárzás következtében a Föld felszíne és a közelében levő levegő erősen lehűl.
A sugarak melegítő hatása attól is függ, hogy a sugarak a test felületét mekkora szög alatt érik. Földünk különböző éghajlati övei, továbbá a Föld ugyanazon helyén az évszakok váltakozásai, onnan származnak, hogy a napsugarak különböző szög alatt érik a Föld felületét. A sugarak melegítő hatása akkor a legnagyobb, amikor merőlegesen érik a test felületét, és annál kisebb, minél ferdébben esnek be, vagyis minél nagyobb szöget alkotnak a test felületére merőleges iránnyal, az ú. n. beesési merőlegessel. Csillagászati okokból március 21-én és szeptember 23-án a napsugarak az egyenlítő vidékére éppen merőlegesen, az egyenlítőtől a sarkok felé egyre ferdébben esnek be. Az év folyamán mindenütt változik a napsugarak beesési iránya, de az egyenlítő vidékén általában az egész év folyamán kevésbbé ferdén esnek be a napsugarak, mint az egyenlítőtől távolabb fekvő helyeken. Budapesten március 21-én és szeptember 23-án délben a napsugarak a beesési merőlegessel 47.5°-ot, június 22-én délben 24°-ot, december 22-én pedig 71°-ot alkotnak. Ezek a számadatok teljesen megmagyarázzák az évszakok változását. Az évszakok változása azonban a Nap járásához viszonyítva néhány héttel elmarad, mert a talaj felmelegedése és lehűlése is bizonyos időkülönbséggel követi a napsugarak beesési szögének változását. Jól ismert tény az is, hogy a hegyek déli lejtőjén a napsugarak melegítő hatása nagyobb, mint ugyanolyan földrajzi szélesség alatt sík vidéken. Nyilván kevésbbé ferdén esnek be a napsugarak a hegyek déli lejtőjén, mint a sík vidéken, és természetesen a hegyek északi lejtőjén a napsugarak beesési iránya még sokkal ferdébb, mint a síkságon, ennek következtében ott a felmelegedés is jóval kisebb.