Înghețarea
Înghețarea este fenomenul topirii produse de o creștere a presiunii și a reînghețării ulterioare produse prin reducerea aceleiași presiuni.
Fenomenul a fost descoperit de Michael Faraday și apare doar la substanțe precum gheața care au caracteristica de a se extinde atunci când se solidifică pe măsură ce punctul de topire a acestor substanțe scade odată cu creșterea presiunii externe.
Experimentarea firului care trece prin gheață
Multe surse susțin că înghețarea poate fi demonstrată prin plasarea unui șnur subțire în jurul unui cub de gheață și ținându-l încordat cu o greutate. Presiunea exercitată asupra cubului topeste încet gheața local, permițând firului să treacă complet prin el. Șanțul produs de fir este umplut din nou pe măsură ce presiunea suprapusă revine la cea atmosferică permițând cubului să rămână în stare solidă chiar și după ce firul l-a traversat complet. Acest experiment este posibil pentru temperaturi de gheață egale sau sub -10 ° C : deși descrierea este fundamental validă, detaliile procesului care permite trecerea firului sunt complexe. [1]
Fenomenul este mai evident cu materiale cu conductivitate termică ridicată, cum ar fi cuprul, astfel încât să permită căldura latentă să fie mai ușor transferată din partea superioară în cea inferioară. [2]
Dacă s-ar folosi un diametru de sârmă de 1 mm pe un cub de gheață cu lățimea de 50 mm, aria pe care exercită forța ar fi de 50 mm 2 adică 50 × 10 -6 m 2. Forța (în newtoni ) ar fi dată de presiunea (în pascale ) pentru zonă (în m 2 ). Dacă ar fi necesare cel puțin 500 atm pentru a topi gheața, ar necesita o forță de (50 × 10 6 Pa) (50 × 10 −6 m 2 ) = 2500 N, aproximativ egală cu o greutate de 250 kg pe Pământ . În acest caz, întrucât punctul de topire al gheții scade cu 0,0072 ° C pentru fiecare atmosferă suplimentară aplicată, acesta va scădea la -4 ° C. [3] .
Fuziune de suprafață
Pentru o gheață cristalină normală care este cu mult sub punctul de topire, are loc o difuzie a atomilor la suprafață. Simulările gheții aproape topite arată că există o topire semnificativă a straturilor de suprafață care perturbă dispunerea ordonată a atomilor care ar fi de așteptat într-un cristal. Rezonanța magnetică nucleară a arătat prezența unui strat lichid pe suprafața gheții. În 1998, folosind un microscop de forță atomică , Astrid Doppenschmidt și Hans Jurgen Butt au măsurat grosimea stratului lichid, detectând valori cuprinse între 12 nm la -24 ° C și 70 nm la -0,7 ° C. S-a constatat că topirea suprafeței începe deja de la o temperatură de -33 ° C. [4]
Dizolvarea superficială explică:
- Coeficientul scăzut de frecare , așa cum este cunoscut patinatorilor
- Ușurința de compactare a gheții
- Aderența ridicată a suprafeței de gheață
Exemple de înghețare
- Un ghețar poate exercita presiune pe suprafața subiacentă care scade punctul de topire al gheții. Topirea gheții de la baza ghețarului îi permite să se deplaseze de la altitudini mari la cele mai mici. În plus, apa lichidă poate curge de la baza ghețarului la altitudini mai mici atunci când temperatura aerului este peste îngheț.
- Un bulgăre de zăpadă se formează prin înghețarea particulelor care îl compun. Este binecunoscut faptul că formarea unui bulgăre de zăpadă, cel puțin cu mâinile, este imposibilă în prezența frigului intens deoarece, în acest caz, zăpada este uscată și, prin urmare, se prăbușește ușor, lipsind stratul superficial de apă care îi conferă aderență.
Notă
- ^ LD Drake și RL Shreve, topirea presiunii și regelarea gheții prin fire rotunde , în Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences , vol. 332, nr. 1588, 1973, p. 51, Bibcode : 1973RSPSA.332 ... 51D , DOI : 10.1098 / rspa.1973.0013 .
- ^ Hanne, E și Grigull, U. Unele experimente privind regelarea gheții. Arhivat la 26 aprilie 2012 la Internet Archive. Reeditat din Physics of Ice , Plenum Press, 1969.
- ^ Glossary of Meteorology: Regelation Arhivat 25 februarie 2006 la Internet Archive ., American Meteorological Society, 2000
- ^ Physics Today, decembrie 2005, pp. 50-55.
Elemente conexe
linkuri externe
- ( EN ) Refreezing , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
