. Она объясняет б
ольшую часть того, что мы знаем о тепле и как оно работает.
Температуру предметов и материалов многие связывают с тепловой энергией (теплотой). Но это несколько иное. Температура показывает, насколько тепла или холодна та или иная вещь или субстанция, а не сколько тепловой энергии она содержит. Это иногда непонятно и сбивает с толку до тех пор, пока вы не задумаетесь о разнице между чашкой горячего кофе и айсбергом, достаточно большим для того, чтобы потопить «Титаник». Кофе из кофеварки имеет температуру около 90 °C, а температура айсберга составляет –10 °C или даже меньше. Но кофе – всего лишь чашка воды. Хотя она содержит огромные количества молекул, а их энергия весьма высока (вода-то горячая), она конечна (мы можем оценить ее, умножив среднюю энергию одной молекулы на их количество). Айсберг значительно холоднее, но он и несравненно больше, и это здесь главное. Каждая молекула воды в нем содержит меньше энергии, но их в айсберге так много, что его энергия намного больше. Кофе теплее, но обычный айсберг содержит примерно в 200 млн раз больше тепловой энергии[213].
Если вы поставите свой кофе на айсберг, произойдут два события. Кофе сразу сильно остынет, а айсберг чуть-чуть нагреется (хотя это будет незаметно). Два предмета разной температуры воздействуют друг на друга: они обмениваются тепловой энергией, пока она не сравнивается и не достигается тепловое равновесие, называемое в физике термодинамическим. В рамках молекулярно-кинетической теории это легко объяснить. Молекулы горячей воды сталкиваются с молекулами фарфора в чашке, передают им часть своего тепла (кинетической энергии), остывают сами, при этом нагревая чашку. Чашка, находящаяся в контакте с холодной поверхностью, передает ей тепло точно так же, разогревая молекулы льда и по мере этого остывая. Так что между чашкой и айсбергом возникает невидимый конвейер, транспортирующей энергию кофе в лед. И так происходит до тех пор, пока их температура не сравняется.
Как мы видели в главе 2, энергия не волшебна: она не возникает и не исчезает без предупреждения. Если что-то теряет энергию, что-то ее приобретает. Энергетический обмен всегда идет с нулевым балансом. То же истинно для чашки кофе и айсберга. Количество тепловой энергии, которое теряет кофе, в точности равно количеству энергии, которое получает айсберг (мы исходим из того, что потерь тепла в атмосферу нет). Этот закон, который мы ранее называли законом сохранения энергии, является также и
