Watta - știința de fulgi de zăpadă

Evaluare: 5/5

Nu există doi fulgi de zăpadă identici?

Norii compuse din picăturile de apă, vapori de apă și impurități în suspensie, cum ar fi particule minuscule de praf. Dacă temperatura norului scade, moleculele de apă se cristalizeze, se organiza în jurul particulelor de praf în structura de tip fagure (hexagonal) zăbrele cunoscut sub numele de Ice IH

(A se vedea. Figura 1). Există paisprezece forme cunoscute de gheață, dar IH gheață (prescurtarea pentru „Form 1 - hexagon“) este stabil la temperaturi de la -100 ° C până la 0 ° C, și de aceea îl considerăm ca un fulg. Moleculele de apă, aranjate într-un teanc de foi hexagonal cu laturi complet netede dispuse unul de altul la un unghi de 120 °, sunt numite „aspecte“ (a se vedea. Figura 2).

Figura 1. Sferele roșu reprezintă atomi de oxigen, alb - hidrogen. Când aerul este răcit, moleculele de apă adiacente încep să aranjeze sistemul cu zăbrele treptat hexagon „IH gheață“. Fiecare moleculă de apă are patru vecin (doar o singură frunză prezentat) și acționează ca un donor de hidrogen pentru două dintre ele și ca acceptor de hidrogen din celelalte două.

Figura 2 - molecula este mai ușor să dețină pe o suprafață aspră decât o suprafață netedă, deoarece suprafața aspră vă oferă mai mult spațiu, care poate consolida mai multe molecule.

Datorită faptului că molecula este mai ușor pentru a obține un punct de sprijin pe suprafață aspră decât o suprafață netedă, există fețe. zone Deci inegale sunt umplute, iar apoi suprafața netedă cu creștere lentă, care determină ulterior forma cristalului. Astfel, forma originală de orice fulgi de zăpadă este de prismă hexagonală perfectă. Acest lucru este prezentat în figura 3. Apoi, în procesul de creștere, este din ce în ce mai greu să se mențină forma și în colțuri sunt ramuri în formă de picioare. Forma finală a cristalului va avea întotdeauna 6 sucursale - unul la fiecare colț. De fapt, așa cum se arată în figura 4, centrul multor fulgi de zăpadă pot fi încă văzute pentru a le reproduce prismă hexagonală.

Figura 3. Figura 4. Fotografie hexagonală dendritică de zăpadă de cristal centrul de zăpadă kristall.V hexagonului poate fi văzut de unde a crescut.

fulgi de zăpadă Size căzute pe sol poate varia de la prisme hexagonale aproape perfect vrego doar 0,2 mm (așa-numitul diamant de praf) la mare „dendritice“ cristale de zăpadă lățimea de 5 mm. Cristalele, care sunt mai mici de praf de diamant, prea lumina să cadă pe pământ, astfel încât acestea să rămână în aer, în timp ce cristalele mai mari sunt foarte fragile și se destrame la cea mai mică briza.

Dar ceea ce face sezhinku începe să prindă contur? Acest lucru se întâmplă atunci când norul începe să se desfășoare două condiții principale: o saturare și de hipotermie, iar forma finală de fulgi de zăpadă poate arăta ce au fost condițiile.

Supersaturation are loc atunci când aerul vapori de apă decât cu umiditate normală (care este de 100%). este cantitatea maximă de vapori de apă pentru fiecare temperatură, care pot fi prezente în aer. Cu cât temperatura, vapori de apă pot fi prezente. Dar, dacă aerul rece la o umiditate relativă de 100%, se stannet suprasaturat, iar această stare este foarte instabilă. Ca rezultat, perechile suplimentare cristalizează fie în picături de apă sau gheață imediat.

Dacă temperatura apei este sub 0 ° C, aceasta se numește subrăcire. Surprinzător, dacă răcoarea apa limpede sub punctul său de congelare, nu se congela, iar acest lucru se datorează faptului că moleculele picăturilor de lichid au o mișcare termică, ceea ce le împiedică să cristalizeze. De fapt, temperatura trebuie să scadă la -42 ° C înainte de congelare. Picătură de apă simplu îngheață cu ușurință la 0 ° C, din cauza impurităților care asigură o suprafață de molecule de apa prikrepleiya, iar acest lucru reduce efectul mișcării termice prin creșterea temperaturii de congelare. Dacă ați putea observa procesul sub un microscop, veți vedea un număr mare de molecule de apă care se conectează sub formă de mici cristale de gheață. În cazul în care cristalul este mai mult decât dimensiunea critică va crește, dar dacă este prea mic, molecula va cădea. Același lucru se întâmplă în nor și structura și compoziția de fulgi de zăpadă pot spune oamenii de știință cu privire la condițiile de temperatură din cadrul norului în timpul formării fulgi de zăpadă.

Figura 5. fulg formate. creșterea cristalelor de zăpadă începe atunci când moleculele se adună în jurul impurităților mici. Schimbări în mediul extern, se poate schimba forma și dimensiunile cristalului.

În plus, în timp ce fulgii de zăpadă cresc, care zboară în nori, și înseamnă că acestea sunt expuse la efecte diferite la momente diferite, astfel încât modificări ale formei. Figura 5 ilustrează modul în care fulgii de zăpadă de istorie de mediu înregistrate în structura sa și modul în care aceasta poate fi folosită pentru a aduna informații despre norul rasa fulg de zăpadă. După cum arată Figura 6, înțelegerea acestui proces înseamnă că oamenii de știință pot crea propriile lor fulgi de zăpadă artificială, obținerea de informații despre fizica de creștere și modele de formare a cristalelor.

Figura 6. fulgi de zăpadă Design. Înțelegerea modului în formă de fulgi de zăpadă oferă fizicienii posibilitatea de a le creste in laborator. Cum temperatura afectează creșterea de fulgi de zăpadă sunt încă necunoscute, iar investigarea acestor cristale de zăpadă ajută la înțelegerea fizica de creștere și un model de formare a acestora.

Este adevărat că nu există doi fulgi de zăpadă identici?

Fiecare elev știe fraza că „nu există doi fulgi de zăpadă identici“, iar acest lucru este cu siguranță adevărat pentru fulgi de zăpadă dendritice mari. De ce? Imaginați-vă că Set condimente dvs. pe raft. Ai cinci și cinci condimente borcane pentru ei. Există cinci modalități de a pune pe raft prima bancă sunt patru moduri de a pune de-al doilea, al treilea trei și așa mai departe. In total sunt 120 de moduri de a aranja cinci cutii de pe raft.

La fulgii mai mult de 100 de caracteristici diferite, care randamentele 10158 (care este 1 cu 158 de zerouri) Opțiuni pentru un fulg. Acesta este de aproximativ de două ori mai mare decât atomii din univers, așa că este foarte puțin probabil că veți găsi două din aceleași! Și, după cum creșterea de fulgi de zăpadă este rezultatul influențelor mediului, chiar și cea mai mică scădere de temperatură sau umiditate se va schimba drastic forma de fulgi de zăpadă. În cazul în care, în timpul formării unui fulg de zăpadă supus la multe influențe diferite, va crește ca dracu '(ca de cele mai multe fulgi de zăpadă în natură). Perfect cristale simetrice apar atunci când fiecare dintre fulgii crescute în aceleași condiții, astfel încât vedea aceleași fulgi de zăpadă mai ușor atunci când acestea sunt foarte mici.

Dar de ce investiga fulgi de zăpadă?

Apa în sine are o mulțime de proprietăți neobișnuite și ilogice, dintre care unele sunt foarte familiarizați. De exemplu, faptul că gheața (piatra) are o densitate mai mică decât a lichidului. Știința de nori este una dintre cele mai importante în studiul schimbărilor climatice, iar aceste cristale frumoase microscopice ne ajuta sa intelegem mai bine mediul înconjurător.

Figura 7. Creați fulgi de zăpadă