Chương sáu

Các hiện tượng nhiệt

Tại sao khi có gió lại thấy lạnh hơn?

Chắc hẳn ai cũng biết rằng trời rét mà im gió thì dễ chịu hơn so với lúc có gió. Nhưng, không phải tất cả mọi người đều biết nguyên nhân của hiện tượng ấy. Chỉ các sinh vật mới cảm thấy giá buốt khi có gió; nhiệt kế hoàn toàn không tụt xuống khi để nó ra ngoài gió. Trước hết, sở dĩ ta cảm thấy rét buốt trong những ngày đông có gió là vì nhiệt từ mặt của ta (và nói chung là từ toàn thân ta) toả ra lúc ấy nhiều hơn hẳn lúc trời im gió: khi im gió lớp không khí bị thân thể ta làm nóng lên không được thay thế nhanh bởi lớp không khí mới, còn lạnh. Gió càng mạnh, thì trong một phút càng có nhiều không khí đến tiếp xúc với da thịt ta và do đó trong một phút thân thể ta càng bị lấy đi nhiều nhiệt. Chỉ một điểm đó thôi cũng đủ gây ra cảm giác lạnh.

Nhưng, hãy còn một nguyên nhân khác nữa. Da chúng ta luôn luôn bốc hơi ẩm, ngay cả trong không khí lạnh cũng vậy. Để bốc hơi cần phải có nhiệt lượng, nhiệt ấy lấy từ cơ thể chúng ta và từ lớp không khí dính sát vào cơ thể chúng ta. Nếu không khí không lưu thông thì sự bốc hơi tiến hành rất chậm, bởi vì lớp không khí tiếp xúc với da sẽ rất chóng no hơi nước (bão hoà) (trong không khí đã no hơi nước thì sự bốc hơi không thể tiến hành mạnh được). Nhưng nếu không khí lưu đông và lớp khí tiếp xúc với da chúng ta luôn luôn đổi mới thì sự bốc hơi lúc nào cũng tiến hành một cách mạnh mẽ, mà như vậy thì sẽ tiêu hao mất rất nhiều nhiệt lấy từ trong cơ thể chúng ta.

Thế thì tác dụng làm lạnh của gió lớn đến mức độ nào? Điều này phụ thuộc vận tốc của gió và nhiệt độ của không khí; nói chung, tác dụng làm lạnh ấy vượt xa mức mà mọi người thường nghĩ đến. Chúng tôi đưa ra một thí dụ để các bạn có thể quan niệm được tác dụng đó như thế nào. Giả sử nhiệt độ của không khí là + 4 0 C nhưng không hề có một tí gió nào cả. Trong điều kiện ấy, nhiệt độ của da chúng ta là 31 0 C. Nhưng nếu bấy giờ có một luồng gió nhẹ thổi qua vừa đủ lay động lá cờ nhưng chưa làm rung chuyển lá cây (vận tốc 2m trong một giây) thì nhiệt độ da chúng ta giảm đi 7 0 C: khi gió làm ngọn cờ phấp phới bay (vận tốc gió 6m trong một giây) thì da chúng ta lạnh đi mất 22 0 C: nhiệt độ của da hạ xuống chỉ còn 9 0 C! Những số liệu này chúng tôi trích từ cuốn "Cơ sở vật lý học khí quyển ứng dụng trong y học" của Kalitin. Trong cuốn sách này, những bạn đọc hiếu học sẽ tìm được nhiều chi tiết lý thú.

Như vậy là muốn phán đoán rằng chúng ta sẽ cảm thấy lạnh như thế nào, không thể chỉ dựa vào một nhiệt độ không thôi mà còn phải chú ý tới vận tốc cả gió nữa. ở cùng một nhiệt độ như nhau, nhưng nói chung ở Lêningrat cảm thấy rét buốt hơn ở Mátxcơva, bởi vì vận tốc trung bình của gió trên bờ biển Bantích bằng 5-6m trong một giây, còn ở Mátxcơva thì 4-5m trong một giây. Vận tốc gió ở khu ngoại Baican trung bình chỉ vào khoảng 1-3m trong một giây, cho nên rét ở đấy còn dễ chịu hơn. Cái rét nổi tiếng ở đông bộ Xibêri thật ra không giá buốt đến cái mức độ ghê gớm như chúng ta, những người sống ở châu Âu đã quen với gió to, vẫn thường nghĩ. Bởi vì, ở đông bộ Xibêri hầu như lúc nào trời cũng lặng gió, đặc biệt là về mùa đông.

Chúng ta có thể chịu được nóng đến mức độ nào?

Khả năng chịu nóng của con người khá hơn người ta thường nghĩ rất nhiều: nhiệt độ mà nhân dân các nước phương nam chịu đựng được cao hơn hẳn nhiệt độ mà người ở miền ôn đới cho rằng khó có thể chịu đựng được. Tại trung bộ châu úc, nhiệt độ mùa hè ở chỗ râm thường là 46 0 C, cao nhất có khi tới 55 0 C.

Khi tàu bè đi từ Hồng Hải đến vịnh Ba Tư mặc dù trong các phòng của tàu luôn luôn có quạt thông gió thế mà nhiệt độ ở trong đó vẫn tới 50 0 C hoặc hơn nữa.

Nhiệt độ cao nhất quan sát thấy trong giới tự nhiên ở trên mặt đất không vượt quá 57 0 C. Nhiệt độ này được xác định ở một nơi gọi là "Thung lũng chết" thuộc Califoócnia (Bắc Mỹ - ND). Nơi nóng nhất ở Liên Xô cũ là Trung á, nhiệt độ cao nhất ở đây chưa bao giờ quá 50 0 C.

Những nhiệt độ vừa kể ở trên đều đã được đo ở trong bóng râm. Nhân tiện chúng tôi giải thích thêm, tại sao các nhà khí tượng học thường quan tâm đến nhiệt độ đo ở trong bóng râm chứ không phải là nhiệt độ đo ở ngoài nắng. Đó là vì, chỉ nhiệt kế đặt trong bóng râm mới đo được nhiệt độ của không khí. Nếu để nhiệt kế ra ngoài nắng, thì Mặt Trời sẽ hun nó nóng nhiều hơn hẳn so với không khí xung quanh, thành ra độ chỉ của nó không cho ta biết một chút gì về trạng thái nhiệt của không khí xung quanh. Vì thế nên dựa theo độ chỉ của một nhiệt kế đặt ngoài nắng để nói rằng thời tiết nóng bức thì thật chẳng có ý nghĩa gì cả.

Đã có người tiến hành những thí nghiệm để xác định nhiệt độ cao nhất mà cơ thể con người có thể chịu đựng được. Người ta đã tìm thấy là trong không khí khô ráo, nếu tăng nhiệt độ thật từ từ thì cơ thể chúng ta chẳng những có thể chịu đựng được nhiệt độ sôi của nước (100 0 C) mà đôi khi còn chịu đựng được cả những nhiệt độ cao hơn nữa, đến 160 0 C, như hai nhà vật lí người Anh Blagơđen và Tsentơri đã chứng minh bằng cách đứng hàng giờ trong các lò nướng bánh mì đang nóng bỏng. Nhân việc này Tiđan đã thường nêu ra rằng: "Người ta có thể đứng bình an vô sự trong một gian phòng mà nhiệt độ của không khí nóng tới mức có thể làm chín trứng gà và thịt Bít tết".

Thế nhưng tại sao con người lại có năng lực chịu nóng cao đến như vậy? Đó là vì trên thực tế, cơ thể con người không tiếp nhận nhiệt độ đó, mà vẫn giữ nhiệt độ gần với nhiệt độ tiêu chuẩn. Cơ thể con người chống cự với nhiệt độ cao bằng phương pháp đổ mồ hôi, khi mồ hôi bay hơi nó sẽ hút rất nhiều nhiệt ở lớp không khí dính sát với da ta và làm cho nhiệt độ của lớp không khí ấy giảm đi rất nhiều. Những điều kiện cần thiết duy nhất giúp cho cơ thể con người chịu đựng được nhiệt độ cao là: cơ thể con người không tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt và không khí phải khô ráo.

Ai đã từng sống ở Trung á, tất đều nhận thấy rằng ở đó trời nóng 37 0 C và hơn nữa vẫn còn tương đối dễ chịu. Thế mà trời nóng 24 0 C ở Lêningrat thì lại cảm thấy khó chịu. Nguyên nhân, dĩ nhiên là do độ ẩm của không khí ở Lêningrat cao, còn ở Trung á thì rất ít mưa, khí hậu vô cùng khô ráo [25] .

Nhiệt kế hay là khí áp kế?

Có một thiên giai thoại thú vị về một anh chàng ngây thơ không chịu tắm vì nguyên nhân kỳ quái sau đây:

- Tôi đặt khí áp kế trong chậu tắm, khí áp kế cho hay rằng có bão... Lúc ấy mà tằm thì thật là nguy hiểm!

Nhưng bạn đừng nghĩ rằng bao giờ cũng phân biệt được dễ dàng nhiệt kế với khí áp kế. Có những nhiệt kế, chính xác hơn là những nhiệt nghiệm, có thể gọi được là khí áp kế, và ngược lại cũng có một số khí áp kế có thể gọi được là nhiệt kế. Các nhiệt nghiệm cổ xưa, do Hêrôn thành Alecxanđơri nghĩa ra (hình 48) là một thí dụ. Khi tia nắng Mặt Trời sưởi nóng quả cầu, không khí ở phần trên quả cẩu nở ra, nén vào nước và đẩy nó chảy theo ống uốn cong ra ngoài; nước bắt đầu từ ống giỏ giọt vào một cái phễu, rồi từ phễu chảy xuống một cái hộp ở phía dưới. Vào những ngày giá lạnh, thì ngược lại, áp suất không khí ở bên trong quả cầu giảm đi và nước chứa trong cái hộp ở phía dưới, bị áp suất của không khí bên ngoài đẩy theo ống thẳng đứng vào trong quả cầu.

Nhưng, dụng cụ này cũng nhạy cảm với những sự thay đổi của áp suất khí quyển, khi áp suất bên ngoài hạ xuống, không khí ở trong bình trước kia vẫn giữ được áp suất cao hơn bây giờ sẽ nở ra và đẩy một phần nước chảy qua ống ra phễu, còn khi áp suất bên ngoài tăng thì một phần nước ở trong hộp sẽ bị áp suất cao hơn ở bên ngoài đẩy vào trong quả cầu. Sự thay đổi về thể tích không khí ở trong quả cầu xảy ra khi nhiệt độ tăng giảm một độ cũng giống như sự thay đổi về thể tích không khí ở trong quả cầu xảy ra khi cột thuỷ ngân của khí áp kế lên xuống:

Ở Mátxcơva áp suất lên xuống có khi tới trên 20 milimét; sự thay đổi áp suất đó tương đương với 8 0 C trên nhiệt nghiệm của Hêrôn, như thế có nghĩa là, sự giảm của áp suất khí quyển xuống 20 milimét rất dễ nhận nhầm là sự tăng của nhiệt độ lên 8 0 C!

Bạn xem đấy, cái nhiệt nghiệm cổ xưa cũng chính là một cái khí áp nghiệm. Có một thời kỳ người ta thấy ở chợ có bán những khí áp kế nước, chúng cũng chính là những nhiệt kế, nhưng về điểm đó thì không riêng gì người mua mà có lẽ ngay người phát minh ra nó cũng không thể ngờ tới được.

Tại sao ngọn lửa tự nó không tắt?

Nếu bạn suy nghĩ kĩ quá trình cháy thì tự nhiên bạn sẽ nảy ra thắc mắc: tại sao ngọn lửa tự nó không tắt? Bởi vì khí cacbonic và hơi nước, sản vật của sự cháy, đều là những chất không cháy được, không có khả năng duy trì sự cháy. Cho nên, ngọn lửa, ngay từ lúc mới bắt đầu cháy đã bị những chất không cháy được bao vây, ngăn không cho ngọn lửa tiếp xúc với không khí, không có không khí thì sự cháy không thể tiếp tục được và ngọn lửa sẽ tắt.

Thế nhưng tại sao việc đó lại không xảy ra? Tại sao khi dự trữ nhiên liệu chưa cháy hết thì quá trình cháy vẫn kéo dài không ngừng? Nguyên nhân duy nhất là, chất khí sau khi nóng lên thì sẽ nở ra và trở nên nhẹ hơn. Chỉ vì thế nên sản vật nóng của sự cháy không ở lại nơi chúng hình thành, nơi trực tiếp gần ngọn lửa, mà không bị không khí mới đẩy lên phía trên một cách nhanh chóng. Nếu như định luật ácsimét không được áp dụng cho chất khí (hoặc, nếu như không có trọng lực), thì, bất kì ngọn lửa nào cũng chỉ cháy được trong chốc lát rồi sẽ tự tắt ngay.

Chúng ta dễ thấy rõ tác dụng tai hạ đối với những ngọn lửa cũng những sản vật do ngọn lửa cháy sinh ra. Chính bạn cũng thường vô tình lợi dụng nó để tắt ngọn lửa trong đèn. Bạn thường thổi tắt ngọn đèn dầu hoả như thế nào? Bạn thổi vào thông phong từ phía trên xuống, tức là bạn đã dồn xuống dưới, dồn về phía ngọn lửa, những sản vật không cháy được do sự cháy sản ra, và ngọn lửa tắt vì không có đủ không khí.

Tại sao nước làm tắt lửa?

Vấn đề tuy đơn giản nhưng thường thường vẫn có người giải đáp không chính xác, cho nên, ở đây chúng tôi trình bày gọn vấn đề nước có tác dụng gì đối với lửa, mong rằng các bạn đọc không nên trách rằng tôi đưa vấn đề này ra là thừa.

Thứ nhất là, hễ nước gặp một vật đang cháy thì nó biến thành hơi và lấy đi rất nhiều nhiệt của vật đang cháy. Nhiệt cần thiết để biến nước sôi thành hơi nước nhiều hơn năm lần nhiệt cần thiết để đun cùng thể tích nước lạnh ấy lên 100 0 .

Thứ hai là, hơi nước hình thành lúc ấy chiếm một thể tích lớn hơn thể tích khối nước sinh ra nó hàng mấy trăm lần; khối hơi nước này bao vây xung quanh vật đang cháy, không cho nó tiếp xúc với không khí, mà không có không khí thì sự cháy lại không thể duy trì được.

Để tăng cường lực làm tắt lửa của nước, đôi khi người ta còn cho thêm... thuốc súng vào trong nước! Điều này thoạt nghe thì thấy lạ, nhưng rất có lí: thuốc súng cháy hết rất nhanh, đồng thời sinh ra rất nhiều chất khí không cháy, những chất khí này bao vây xung quanh vật đang cháy, làm cho sự cháy gặp khó khăn.

Dùng lửa để dập tắt lửa như thế nào?

Có lẽ bạn đã từng nghe nói, phương pháp tốt nhất, có khi là duy nhất, để chống lại những nạn cháy rừng hoặc cháy đồng cỏ là đốt rừng hoặc đồng cỏ về phía ngược lại. Ngọn lửa mới đi về phía bể lửa cuộn dâng, tiêu diệt những vật liệu dễ cháy, cướp đoạt thức ăn của bể lửa. Hai bức tường lửa gặp nhau, lập tức tắt ngay, tựa như nuốt chửng nhau vậy.

Chắc chắn có nhiều bạn đã đọc qua đoạn văn mô tả về sự việc này trong tiểu thuyết "Đồng cỏ" của nhà văn Kupe mô tả việc dùng lửa để dập tắt đám cháy đồng cỏ ở châu Mĩ. Có thể nào chúng ta lại quên cái giây phút bi đát khi ông già bẫy muông thú cứu những người khách du lịch đang mắc nghẽn trong đám cháy trên đồng cỏ khỏi bị chết thiêu được chăng? Dưới đây là đoạn trích trong cuốn tiểu thuyết "Đồng cỏ".

Đột nhiên ông già tỏ thái độ kiên quyết.

- Đến giờ hành động rồi, - ông nói.

- Ông hành động quá muộn rồi, ông già đáng thương ạ! - Mitlitôn thốt lên - Lửa chỉ còn cách chúng ta một phần tư dặm thôi, và gió đang táp những ngọn lửa đó về phía ta với một vận tốc kinh người!

- À, ra thế! Lửa! Ta không thể sợ lửa. Nào các cháu! Xắn tay áo lên, cắt ngay cái đám cỏ khô này đi, để làm trơ ra một khoảng đất trống.

Trong khoảng một thời gian rất ngắn họ đã cắt trụi được một khoảng đất đường kính hai mươi "foot". Ông già bẫy muông thú dẫn các cô con gái đến một góc của khoảng đất trống không lớn lắm đó và bảo họ lấy chăn che lấy những quần áo dễ cháy. Sau khi đã phòng bị xong xuôi rồi, ông già chạy đến góc bãi trống đối diện, nơi mà ngọn lửa man rợ, cao ngất đang điên cuồng tấn công họ, ông lấy một nắm cỏ khô nhất lên giá súng rồi đốt. Nắm cỏ khô dễ cháy này lập tức bùng lên. Ông già ném nắm cỏ khô đang cháy đó vào trong bụi cây cao, rồi trở về giữa bãi trống, kiên tâm chờ đợi kết quả hành động của mình.

Ngọn lửa do ông già ném tới đã tham lam ngấu nghiến hết những cây khô, chỉ trong chớp mắt ngọn lửa đã lan sang đám cỏ.

- Nào, bây giờ, các cháy có thể nhìn thấy lửa đánh nhau với lửa rồi - ông già nói.

- Như thế chẳng nguy hiểm hơn sao? Mititôn kinh ngạc kêu lên, - Bác chẳng những không đuổi kẻ địch đi, trái lại còn dử nó đến cạnh mình.

Lửa cháy càng ngày càng to, bắt đầu lan về ba phía. Nhưng ở phía thứ tư thì nó bị mảng đất trống cản lại. Lửa cháy càng dữ thì chỗ đất trống xuất hiện ở phía trước cũng càng lớn. Chỗ đất trống màu đen còn toả khói vừa mới xuất hiện trơ trụi hơn khoảng đất trống cắt hết cỏ bằng liềm rất nhiều. Ngọn lửa bao vây mấy mặt miếng đất mà họ vừa mới thanh trừ được càng lan mạnh thì miếng đất đó càng được mở rộng, nếu không như thế, cảnh ngộ của những người bị nạn sẽ trở nên nguy hiểm hơn nhiều. Sau mấy phút đồng hồ, ngọn lửa ở tất cả mọi phía đều lùi đi, chỉ còn những đám khói dày đặc bao vây mọi người, nhưng họ đã thoát khỏi nguy hiểm vì ngọn lửa điên cuồng tiến lên phía trước.

Những người xung quanh nhìn cái phương pháp dập tắt lửa đơn giản của ông già bẫy muông thú với một con mắt ngạc nhiên giống như các triều thần của vua Phécđinăng nhìn phương pháp đựng trứng gà của Côlômbơ vậy.

Nhưng cái phương pháp dập tắt những nạn cháy rừng và cháy đồng cỏ không đơn giản như lúc thoạt nhìn đâu. Chỉ có những người rất có kinh nghiệm mới có thể dùng phương pháp đốt lửa đón đầu để dập tắt lửa, nếu không chỉ đưa lại những tai hoạ lớn hơn.

Nếu bạn suy nghĩ kĩ câu hỏi dưới đây tất bạn sẽ thấy rõ vì sao làm việc đó lại cần phải có nhiều kinh nghiệm: tại sao ngọn lửa do ông già đốt lên lại có thể cháy đi đốn lửa mà không cháy theo phía ngược lại? Bởi vì gió đã từ phía đám cháy thổi tới, và đã đem bể lửa về phía những người lữ khách cơ mà! Nếu như thế thì tưởng chừng ngọn lửa do ông già đốt lên sẽ không cháy đi đón bể lửa mà sẽ cháy lùi về phía sau theo đồng cỏ. Nếu quả như thế thì các lữ khách không tài nào tránh khỏi bị thiêu cháy trong vòng vây của lửa.

Thế thì, rút cục lại, ông già bẫy muông thú đó có bí quyết gì không?

Bí quyết là ở chỗ hiểu biết một định luật vật lí đơn giản. Tuy gió từ phía đồng cỏ đang bốc cháy thổi về phía những người lữ khách, nhưng ở phía trước ngay gần ngọn lửa, phải có một dòng không khí thổi ngược trở lại về phía ngọn lửa. Thực tế, không khí ở phía trên biển lửa sau khi nóng lên thì nhẹ đi và bị không khí mới ở tất cả mọi phía trên đồng cỏ chưa bắt lửa đẩy lên phía trên. Do đó ta thấy, ở cạnh biên giới của lửa nhất định có dòng không khí hút về phía ngọn lửa. Phải bắt tay đốt lửa để đón lửa khi nào đám cháy lan gần đến nỗi đã cảm thấy có dòng không khí đó hút. Đó cũng là lí do tại sao ông già bẫy muông thú không vội vàng đốt lửa mà bình bĩnh chờ thời cơ thích hợp mới bắt đầu hành động. Nếu như trong lúc luồng không khí đó chưa xuất hiện mà ông ta đã sớm đốt cỏ thì lửa sẽ cháy lan theo phương ngược lại, khiến mọi người ở vào một tình thế vô cùng nguy hiểm. Nhưng cũng không được hành động quá chậm, bởi vì lửa sẽ xô tới quá gần.

Có thể đun sôi nước bằng tuyết được không?

Có bạn đọc trả lời: "Đến ngay nước sôi còn chẳng làm được việc ấy huống hồ là tuyết!". Bạn chớ vội trả lời, tốt nhất hãy làm một thí nghiệm với ngay cái bình thuỷ tinh mà chúng ta vừa dùng ban nãy.

Đổ nước vào chừng độ nửa bình, nhúng bình vào trong nước muối đun sôi. Đợi tới khi nước trong bình sôi lên thì lấy bình ra khỏi xoong và đậy kín bình thật nhanh bằng một cái nút rất khít đã chuẩn bị sẵn từ trước. Bây giờ bạn dốc ngược bình xuống. Đợi cho tới lúc nước trong bình hết sôi, bạn dội nước sôi vào xung quanh bình - khi ấy, nước không tài nào sôi lên được.

Nhưng nếu bạn bỏ một ít tuyết lên đáy bình hoặc dội nước lạnh lên đáy bình như ở hình vẽ 50 thì bạn trông thấy là nước sôi lên... Tuyết đã làm được cái việc mà nước sôi không thể làm được!

Mà điều làm cho người ta đáng ngạc nhiên hơn nữa là, sờ vào bình này ta không thấy bỏng tay mà chỉ thấy hơi nóng thôi. Thế mà, trong khi ấy, chính mắt bạn nhìn thấy nước trong bình đang sôi!

Bí mật là ở chỗ tuyết làm lạnh thành bình, do đó hơi nước ở trong bình ngưng lại thành những giọt nước. Vả lại khi bình sôi ở trong xoong thì không khí ở trong bình đã bị dồn ra hết, cho nên bây giờ nước ở trong bình chịu một áp suất nhỏ hơn trước nhiều. Như chúng ta đã biết, khi áp suất ở trên chất lỏng giảm đi thì chất lỏng sôi ở nhiệt độ thấp hơn. Do đó, trong cái bình của chúng ta tuy cũng là nước sôi, nhưng là nước sôi không nóng.

* * *

[25] Có một điều thú vị là, khi tác giả ở Trung á, trong tháng 6 chiếc ẩm kế bỏ túi của mình đã 2 lần (ngày 13 và 16 - 6 - 1930) chỉ số không.

---HẾT---

Ghé thăm và tìm đọc thêm những cuốn sách của tác giả Thế Trường, Phan Tất Đắc tại Wikiebook.com!

Bản quyền nội dung thuộc về tác giả và nhà sách phân phối. Nghiêm cấm thu phí dưới mọi hình thức mà không có sự cho phép.