Biblioteka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Biblioteka > Meteorologia > METEOROLOGIA DLA KAŻDEGO  



[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  [7]  [8]  [9] 
PROCES KRYSTALIZACJI. W 1772 roku szwedzki uczony M. Triewald doniósł Towarzystwu Królewskiemu w Londynie o niezwykłym zjawisku, którego był świadkiem pewnego bardzo zimnego dnia, 15 grudnia 1731 roku. Kiedy podczas pobytu w sztokholmskim Pałacu Sprawiedliwości dotknął pojemnika z wodą, ta natychmiast zamarzła. Triewald przyznał, że nie jest w stanie zrozumieć tego zjawiska. Dopiero 180 lat później zostało ono wyjaśnione przez niemieckiego naukowca Alfreda Wegenera (1880-1930), który zasłynął także jako twórca teorii przemieszczania się kontynentów.

W 1911 roku Wegener dokonał dwóch ważnych obserwacji. Po pierwsze, odkrył, że woda może być przechłodzona, czyli pozostawać w postaci ciekłej w temperaturach poniżej 0oC. Po drugie, zauważył, że kryształki lodu przyciągają parę wodną, gdyż ciśnienie pary wodnej w pobliżu powierzchni lodu jest niższe niż jej ciśnienie nad powierzchnią wody. Łącząc obie te obserwacje, doszedł do wniosku, że jeśli kropelki wody i kryształki lodu znajdą się w powietrzu w tym samym czasie, to kropelki wyparują. Powstała para wodna przemieści się w kierunku kryształków lodu i osadzi się na nich. W rezultacie kryształki będą rosły.

Doświadczenie
Przechłodzona ciecz




Materiały: kryształki tiosiarczanu sodowego Na2S2O3 (nisko toksyczna substancja wykorzystywana w fotografii, dostępna jako tiosiarczan sodowy w aptekach), szklanka, źródło ciepła.

Wykonanie: Napełnij szklankę do połowy kryształkami tiosiarczanu sodowego. Ogrzewaj szklankę w gorącej wodzie, aż kryształki się stopią. Jeśli na dnie naczynia pozostaną jakieś zanieczyszczenia, odfiltruj je za pomocą lejka i bawełny. Przykryj szklankę i pozwól płynowi schłodzić się do temperatury pokojowej (potrwa to około 15 minut). Gwałtownie wstrząśnij naczyniem. Płyn natychmiast zamarznie. Dotknij szklanki. Przekonasz się, że stała się gorąca.

Wyjaśnienie: Temperatura zamarzania dla tiosiarczanu sodowego wynosi 48oC. W temperaturze pokojowej, czyli około 20oC, znajduje się on w stanie przechłodzenia. Dodanie małego kryształka lub wstrząśnięcie naczyniem uruchamia proces zamarzania. Podczas tego procesu wydzielone zostaje ciepło utajone zamarzania, które ogrzewa szklankę.

Komentarz: Butelki wypełnione płynnym tiosiarczanem sodowym i trzymane w kieszeniach były w zimie wykorzystywane przez wielu jako osobiste źródła ciepła, ponieważ wydzielały ciepło przy wstrząsaniu.

Dziesięć lat później teoria Wegenera została potwierdzona przez szwedzkiego meteorologa Tora Bergerona (1891-1976), członka słynnej Szkoły Meteorologicznej w Bergen w Norwegii. W lutym 1922 roku Bergeron, spędzając urlop w okolicach Oslo, często spacerował wąską drogą na wzgórzu w lesie jodłowym. Droga przecinała stok wzgórza, a szczyt był zazwyczaj zakryty przez przechłodzoną chmurę stratus. Bergeron zauważył, że chmura nie występowała poniżej wierzchołków drzew, kiedy temperatura powietrza była niższa od temperatury zamarzania, ale dochodziła do powierzchni drogi w przypadku temperatur dodatnich. Przypomniawszy sobie teorię Wegenera, wywnioskował, że lód osadzony na drzewach absorbował parę wodną, powodując parowanie kropelek wody, a przez to zanikanie chmury. Bergeron rozpoczął intensywne badania i w 1933 roku stworzył swoją teorię powstawania chmur w procesie krystalizacji. Niemiecki fizyk Walter Findeisen (1909-1945) dopracował ją później i obecnie jest ona znana jako teoria powstawania deszczu Bergerona-Findeisena.



Obserwacje Bergerona

Teoria ta mówi, że aby doszło do uformowania struktury krystalicznej, cząsteczki wody w fazie płynnej muszą ułożyć się w pewien ściśle określony sposób. Większość kropelek jest zbyt mała, toteż istnieje nikłe prawdopodobieństwo, że molekuły wody ułożą się w odpowiedni sposób, nim temperatura spadnie poniżej -40oC. Poniżej tej temperatury wszystkie krople wody, małe i duże, zamarzają. Powstawanie kryształków lodu jest bardziej wydajne, jeśli w atmosferze znajduje się pewien szczególny rodzaj cząstek, zwanych jądrami zamarzania. Mają one strukturę krystaliczną podobną do lodu, dzięki czemu, gdy dojdzie do kontaktu, przechłodzone kropelki wody łatwiej ulegają krystalizacji.

Późniejszy wzrost kryształków lodu jest możliwy dlatego, że ciśnienie pary nasyconej nad ich powierzchnią jest niższe od analogicznego ciśnienia nad powierzchnią wody. Oznacza to, że kiedy powietrze jest nasycone nad wodą, występuje przesycenie nad lodem, czyli wilgotność względna przekracza 100% (na przykład wynosi 121% w temperaturze -10oC). Jeśli zatem w powietrzu obecne są kryształki lodu, cząsteczki wody dyfundują ku nim w procesie zwanym krystalizacją. Pokazano to na poniższym rysunku:

Proces krystalizacji

[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  [7]  [8]  [9] 
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach