Почему зимой на окнах появляются узоры: простое объяснение природного явления
Когда мороз покрывает ледяными узорами окна домов и автомобилей, эта красота вызывает восхищение у всех. Даже водители, которым предстоит срочно убирать «морозную сказку», несколько минут любуются искрящимися, похожими на листья диковинных папоротников завитками и только после этого берутся за скребок.
[xyz-ihs snippet=”4″]Как мороз рисует на стеклах
Красивые морозные узоры на окнах зимой – близкие родственники сосулек, снежинок, инея. Все это состоит из воды, которая замерзла, то есть перешла из жидкого состояния в твердое.
В воздухе всегда присутствует некоторое количество водяного пара. Его плотность мала и воздух кажется прозрачным. Но молекул воды в нем достаточно много. Например, если летом налить в стакан очень холодный напиток, то на внешней стороне стакана немедленно начнут собираться капельки. Они образуются из воды, которая находится в воздухе. Соприкасающийся с холодным стаканом воздух резко охлаждается, присутствующая в нем вода конденсируется и превращается в каплю жидкости.
Это кажется удивительным, но даже в самый сильный мороз в воздухе все равно присутствуют молекулы воды. Но для того чтобы они превратились в морозный узор, нужны подходящие условия: молекулы воды должны соединиться вместе. Им это сделать легче, когда они попадают на какую-нибудь холодную поверхность. Чтобы морозные узоры могли разрастаться, поверхность должна быть достаточно гладкой. Для этого лучше всего подходит оконное стекло. Попав на него, молекулы воды соединяются друг с другом, и образуют красивейшие узоры.
Форма узоров зависит от гладкости поверхности, температуры стекла и окружающей среды, влажности воздуха (то есть количества присутствующих в нем молекул воды). Рост узоров (кристаллизация) начинается в том случае, если в одном месте собралось достаточное количество молекул воды. Если стекло очень гладкое, то узоры получатся либо мелкие, либо вовсе образовываться не смогут. Но если на стекле имеются микроскопические царапины, неровности, небольшие частицы грязи, то молекулы воды будут «цепляться» за эти препятствия, накапливаться на них, и благодаря морозу начнется кристаллизация.
Морозные узоры всегда разные, двух одинаковых не бывает. Но в их росте присутствует четкая закономерность. Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Эти атомы расположены таким образом, что при кристаллизации молекулам «удобно» соединяться друг с другом, образуя своеобразный шестиугольник (то есть для этого требуется минимальное количество энергии). Такие шестиугольные формы повторяются, соединяясь друг с другом. В математике фигура, в которой мелкая часть похожа на целую фигуру, называются фракталом.
Если присмотреться к «листьям папоротника», которые нарисовал мороз на стекле, то видно, что они состоят из маленьких «листочков», которые, в свою очередь, состоят из таких же, но еще более мелких «листочков» и так далее. Это особенно хорошо заметно, если рассматривать узоры с помощью увеличительного стекла.
Рост морозного узора начинается с образования первого микроскопического шестиугольника. Его углы служат новыми точками, на которых продолжается кристаллизация. Если бы внешние условия были идеально одинаковы, то разрастающаяся фигура была бы симметричной. Но воздух находится в непрерывном движении, температура тоже немного меняется, поэтому кристаллизующиеся фигуры хоть и похожи друг на друга, но все же слегка отличаются. К тому же кристаллизация идет одновременно в разных точках – так разрастаются морозные «папоротники» и «розы».
Вырастите морозные узоры сами
Вы можете сами вырастить небольшие ледяные узоры даже летом. Они будут не такие роскошные, но все же настоящие. Для этого понадобится жестяная банка (можно взять жестянку из-под кофе, чая, газировки, сгущенного молока), ледяные кубики, соль.
Банку заполняют кубиками льда, добавляют четыре столовых ложки соли, хорошо перемешивают и оставляют стоять на столе. Примерно через минуту на стенках банки появится небольшой иней. Если условия подходящие, то крошечные ледяные кристаллики начнут формировать узоры.
Разные виды морозных узоров
Все разнообразие картин, которые мороз рисует на стекле, делится на два больших вида:
- дендриты;
- трихиты.
Дендриты похожи на ветки дерева, на которых растут многочисленные мелкие веточки. Для их образования нужен довольно толстый слой воды, поэтому они растут в нижней части окон. Иногда все стекло покрывается сказочно красивыми ледяными «ветвями».
Трихиты – мелкие, тонкие, похожие на игольчатые звезды или на крупные снежинки. Они растут, когда мороз очень сильный. Стекло может быть все усеяно россыпями мелких и крупных звезд.
Почему на современных окнах не бывает морозных узоров
К сожалению, если на стекле растут морозные узоры, это означает, что у окна плохая теплоизоляция. Этим свойством обладают старые окна в деревянных рамах. Они не герметичны, пространство между двойными стеклами заполнено обычным комнатным воздухом, в котором достаточно много влаги – она-то и превращается в прекрасные узоры.
В современных пластиковых окнах герметичный стеклопакет заполнен абсолютно сухим и чистым воздухом или даже благородным газом (ксеноном, аргоном или криптоном). В таких условиях рост узоров невозможен: внутри стеклопакета нет влаги, а стекло, соприкасающееся с домашним влажным воздухом, постоянно теплое. Так, энергоэффективные технологии сохраняют тепло в доме, помогают экономить энергию, но лишают нас возможности любоваться морозными узорами.
