Кто рисует на стекле? Или морозная роспись – загадка простой воды

Морозною порою, в «день чудесный», глаз невозможно отвести от дивной красоты зимнего пейзажа:

 
Под голубыми небесами
Великолепными коврами,
Блестя на солнце, снег лежит;
Прозрачный лес один чернеет,
И ель сквозь иней зеленеет,
И речка подо льдом блестит… (А.С. Пушкин)

 

Деревья облачились в серебристые одеяния, сотканные будто из алмазных осколков. А под ними возвышаются высокие белоснежные сугробы-ковры, словно несметные жемчужные залежи и россыпи горного хрусталя. 

 

Да и в городе – дома, провода, остановки, заборы – все вокруг, куда ни глянь, праздничными блестками сверкает… И даже на стеклах автобусов, троллейбусов, автомобилей и домов расцвели какие-то сказочные цветы. Невероятно красивые узоры как будто расписаны волшебным художником. Рассматривая причудливые картинки, я и не заметила, как замечталась – и попала в ледяную сказку.  

Сказки ледяного царства

На одной раме узоры похожи на пушистые ветки елей, украшенные огромными алмазами-рубинами. Иголки, припорошенные снегом, искрятся, словно горный хрусталь. Лесная дорожка, уверенно прошмыгнув меж высоких серебристых елей, привела меня на сказочную опушку. Здесь собралось много разных зверюшек – героев детских книжек и мультфильмов. Вот лисичка-сестричка распушила хвостик. И кокетливо, словно дама, обмотала его вокруг шейки, чтобы не замерзнуть. Зайчата в белых шубках хвастаются друг перед другом морковками, крепко держа их в своих лапках. Попрыгунья белочка угощает обитателей леса хрустальными орешками. Вокруг елочки в белоснежном платьице с праздничными гирляндами и разноцветными шариками скачут самые разнообразные лесные жители в карнавальных костюмах.

 

На другой раме «белая береза под моим окном принакрылась снегом, точно серебром». На пушистых веточках расположились фантастические птички. Вот-вот раздадутся их хрустальные голоса. Под лучами солнышка оперение сказочных пичуг переливается зелено-сине-красными огоньками, словно на небе загораются разноцветные звездочки.

 

Ледяные узоры на окнах – загадочное и удивительное творение природы, редкое по красоте зрелище. Как будто кисть художника выводит на стекле далекие леса, искрящиеся пушистые веточки, диковинных зверей… Каждый раз картинки меняются, и мы не перестаем удивляться: как же образуются эти чудные зимние творения? И почему дети говорят: «На окне опять рисует иней море, пальмы и обрывки скал…» Что же такое иней? И как он связан с узорами на окнах? 

 

 
Искрометный, розовый, серебряный…

Иней красочно описывали многие писатели и поэты. И каждому из них он виделся по-своему: Бальмонту – белый, Брюсову – жемчужный, Огареву, Серафимовичу – иглистый, искрометный – Коринфскому, мохнатый – Чирикову, пушистый – Козлову, Полежаеву, Серафимовичу, розовый – Тургеневу, светло-синий – Фету, серебристый – Никитину, серебряный – Бунину. ..

 

Да и народ немало выдумал названий этому явлению природы. Вишей, водровь, врасенец, гидрометеор, заморозь, изморозь, кить, куржа, куржак, куржевина, кухта, накипня, опока, осадок, седина, серебро, слана… Многие из них вошли в словари русских синонимов. 

 

А как разъясняют это слово знатоки русского языка? Открываем толковый словарь В.И. Даля: «Иней – мерзлые испарения, сырость в воздухе, которая садится на предметы, кои холоднее воздуха, и замерзает на них пушком, что случается после отдачи сильных морозов…» Говоря более современным языком, это тонкий снежный слой ледяных кристаллов, по форме напоминающих снежинки, образующийся из водяных паров воздуха на поверхности охлажденных предметов. Так толкуется иней в словарях С.И. Ожегова, Д.Н. Ушакова, С.А. Кузнецова. 

 

Обратимся к солидным научным изданиям. Большой энциклопедический словарь уточняет, что иней образуется на наземных предметах при охлаждении земной поверхности до температуры ниже нуля градусов в результате ее сильного теплового излучения ночью при ясном небе и слабом ветре. В энциклопедическом словаре Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона этот вид атмосферных осадков определяется как вода в твердом виде, выделившаяся из воздуха на поверхность почвы, растений…

 
  

Загадки простой воды

По законам физики, воздух при разной температуре может содержать различное максимальное число молекул воды. При понижении температуры количество влаги в нем уменьшается, и избыток ее конденсируется на более холодных поверхностях (земле, траве, стеклах машин и домов) – так образуется роса. Когда же температура в ясные тихие ночи падает ниже 0°С, капельки воды превращаются в кристаллики льда. И вместо росы из холодного влажного воздуха легко выделяется иней. 

 

Выходит, и волшебные узоры на окнах в морозный день – это тоже иней? Конечно же, да. Оказывается, упругость ледяных паров значительно меньше, чем у паров воды. И по мере похолодания разность эта возрастает. Между тем туман до температуры значительно ниже 0 °С состоит все еще из водяных капелек. И они легко оседают на поверхности охлажденных предметов, образуя иней. На первый слой оседает новый и т.д., «рисуя» узоры на стекле. 

 

Но что любопытно: иней никогда не образуется на тонких ветвистых предметах. А то, что осаждается на проводах, ветках кустов и деревьев, называется «изморозь». Процесс возникновения еще одной разновидности воды немного отличается от образования инея и до конца еще не изучен. 

 

Вот как многообразна и причудлива, казалось бы, обыкновенная вода!

 

Букеты «ледяных цветов»

Морозные узоры, как выяснилось, весьма просты по химическому составу, однако отличаются большим разнообразием, своеобразной структурой и часто, как мы уже убедились, напоминают формы организмов или их частей. Немцы называют их «айсблюмен», то есть «ледяные цветы». И в самом деле, среди замысловатых узоров часто прослеживаются древовидные образования и волокнистые структуры. 

 

Наш выдающийся биолог К. А.Тимирязев указывал на сходство густо заросшего разнообразными растительными формами клочка земли с фантастическими ландшафтами, которые мороз рисует на окнах: «Во втором случае мы увидим те же травчатые узоры, напоминающие листья папоротника или пальмы, то же бесконечное разнообразие самых причудливых форм… Картины сходные, но как различен строй мыслей, вызываемых той и другой». 

 

Сходство с растениями многих ледяных узоров действительно удивительное. Один из морозных рисунков квалифицированный ботаник даже принял за фотографию чертополоха. В иных узорах прослеживается сходство с листьями пальм, корневищами и стеблями растений с отходящими от них листовыми пластинками, встречаются «копии» мхов и лишайников. Иногда образуются узоры-нити, зачастую с параллельными отростками.

 

 
Раскинулось древо широко…

Красота и разнообразие «ледяных цветов» льда во многом зависят от состояния водяного пара, условий его охлаждения или структуры самих кристалликов.  

 

Древовидные формы образуются в том случае, когда охлаждение начинается при положительной температуре и высокой влажности воздуха. Вначале на стекле появляется тонкая водяная пленка. Затем, обычно внизу окна, где толщина ее наибольшая, «прорастают ледяные деревья». Размеры кристаллов зависят от имеющегося в наличии материала. Где пленка воды толще, они обычно больше, гуще, раскидистей. По мере перехода к более «засушливой» части рамы размеры их уменьшаются. В случае же равномерного увлажнения стекла «деревья» примерно одинаковые.

 

При дальнейшем охлаждении воздуха между дендритами (сложнокристаллическими образованиями древовидной ветвящейся структуры), а затем и на них, откладываются тонкие слои пушистого льда. Быстрые и значительные переохлаждения дают мелкомасштабную кристаллизацию. При недостатке влаги на стекле сплошной характер кристаллизации нарушается: «деревья прорастают» отдельными островками, миниатюрны по размерам, их формы выражены не так четко.

 

Волокнистые структуры (трихиты) образуются у острых краев стекла, вокруг царапин и ярко выраженных дефектов на поверхности охлаждающихся твердых тел. Узкие, параллельные друг другу полоски инея при дальнейшем охлаждении уплотняются, превращаясь в плотные ледяные волокна, растущие от единого стебля и приобретающие со временем плавные изгибы.

 

 
Многообразие не отменяет сходства

Несмотря на многообразие морозных узоров – очень часто на двух соседних стеклах рождаются самые разнообразные рисунки и даже на одном могут быть совершенно разные – и физиками, и ботаниками подмечено сходство их друг с другом. Однако ни те, ни другие ученые над этим вопросом много не размышляли. Физики так завалены своей потрясающе трудной и вместе с тем плодотворной работой, что им некогда заниматься такими пустяками, как морозные узоры. А ботаников это вроде бы и не касается: ведь это же не растения, а только образования, случайно похожие на них. «Ничья земля», на которую никто не претендует.

 

Но есть и более глубокие причины такого равнодушия ученых к красоте и правильности морозных узоров – надо лишь, как советовал наш знаменитый биолог К.Э. Бэр, добавить к наблюдениям побольше размышлений. Оснований для сходства совершенно различных образований предостаточно. Но вот чем же оно все-таки объясняется? – до сих пор загадка. Физики не удосужились как следует в этом разобраться.

 

Зря обидели

И хотя морозные узоры на окнах во многих отношениях интереснее снежинок, последние изучены гораздо больше – о них писал еще великий Кеплер в начале XVII века. Изданы даже атласы снежинок, лучший из которых – поразительная коллекция снимков, сделанных за сорок лет метеорологом-любителем. «Ледяные цветы», к сожалению, обидели зря. Они таким вниманием к себе не избалованы и похвастаться пока альбомами не могут. 

 

Разнообразие естественных кристаллов давно поражало ученых, но даже великие умы терялись в этом калейдоскопе форм. Знаменитый Бюффон в конце XVIII столетия констатировал, что формы кристаллизации более разнообразны, чем какой-то другой признак, отличающий минералы. Признавая этот неоспоримый факт, ученые, тем не менее, никак не могли определиться, что же главное в минералогии – влияние среды, химическое строение или структура и геометрия тел. Поэтому и классификацию кристаллов выстроить не удавалось.

 

Спор разрешился лишь в конце XIX века одним из величайших триумфов математического естествознания – в 1891 году Е.С. Федоров и А. Шенфлис построили-таки строго рациональную систематику кристаллов. Не остались в накладе и ученые-химики. Метод находился в полном согласии с их представлениями и даже шире. А в XX веке другой наш выдающийся ученый А.Е. Ферсман сделал попытку внести в классификацию минералов исторический элемент. 

 

Исправить никогда не поздно

В настоящее время ученые ищут ответ на вопрос: почему из огромного разнообразия кристаллов в одних случаях мы имеем для того же вещества одни формы, а в других – иные? Даже при одинаковых внешних условиях?

 

И если основа снежинок, не принимая во внимание их дополнительные отростки, как правило, подчинена шестилучевой симметрии (и это почти единственное, что осталось в них от рациональной систематики кристаллов), то, переходя к ледяным узорам, становится очевидным: тут уж всякий след этой симметрии и вовсе исчезает. Классификация Е.С. Федорова и А. Шенфлиса к узорам на стекле, увы, неприменима. Ледяные узоры – это не фигуры в калейдоскопе. Значит, должна быть какая-то другая симметрия, свойственная самому телу, а не внесенная извне. Возможно, сходство узоров с растениями подвигнет биологов вместе с физиками и математиками к раскрытию неизвестных законов?

 
Околдованный лес

Большое влияние на образование росы, инея, изморози имеют деревья. Особенно заметно оно при тумане. И чем большая поверхность охлажденных предметов соприкасается с сырым воздухом, тем больше из него выделяется мельчайших водяных капелек или ледяных кристалликов. Весной, летом, осенью каждая травинка, листочек, веточк – все вокруг переливается изумрудиками росы. В зимнее время глыбы свежевспаханного поля сверкают инеем, словно горный хрусталь, не только на поверхности, но и в промежутках. Такими же мельчайшими хрустальными осколками и алмазной пылью усыпаны жнивье полей, листья луговых трав и т. д.

 

Однако зимний пейзаж полей не идет ни в какое сравнение с тем волшебством, что творится в лесу, особенно хвойном. Помните, у Ф.И. Тютчева:

 
Чародейкою Зимою
Околдован, лес стоит –
И под снежной бахромою,
Неподвижною, немою, 
Чудной жизнью он блестит.

 

Кристаллики изморози сверкают в лесу на каждой иголочке дерева «ослепительной красой». «И стоит он, околдован […] сном волшебным очарован, весь опутан, весь окован легкой цепью пуховой». Нередко даже под тяжестью инея ломаются ветки. А в малоснежные зимы благодаря ледяным хрусталикам, упавшим с лапок елок-сосен, прокладывается в лесу даже санный путь. 

Физика и лирика

Однако серьезные биологи предпочитают не разговаривать о красоте. Хотя, несомненно, ледяные узоры очаровательны и даже служат зачастую образцом для северных кружевниц. Правда, «из морозных новостей» известно стало, что «ледяные цветы», расцветающие зимними ночами на окнах, в отличие от росы, инея и измороси, в последнее время стали редкостью. Сейчас их увидишь далеко не на каждом окне, только если на даче. Куда же пропали волшебные морозные узоры?

 

Ларчик просто открывался. После того, как обычные окна начали активно заменять стеклопакетами, исчезли условия для образования морозных узоров: значительно улучшилась теплоизоляция, не происходит конденсация теплого воздуха с внутренней стороны квартиры на подмороженном внешнем стекле. Вот и исчезли великолепные картины зимней сказки из нашего бытия.

 

Да и мне, к сожалению, полюбоваться красотой кисти мороза-воеводы, обходящего свои владения, недолго пришлось: выглянуло солнышко, обогрев оконное стекло. Волшебные рисунки, сверкающие драгоценными камнями, сразу потускнели, расплылись. Заплакали пушистые ели-сосны, зарыдали диковинные зверюшки, вмиг превратившись в ручейки из капелек, похожих на слезинки. Растаяла вся прелесть и красота творений дедушки мороза.

 

Что ж, в жизни физика и лирика не всегда находят общий язык. Но стоит ли слишком горевать об этом? Зима только начинается. Самые сильные морозы еще впереди. И мы еще успеем вдоволь – не раз и не два – налюбоваться ее морозным творчеством.

 

 
Цифры и факты:

• При температуре от 0 до минус 6°C и небольшой упругости водяного пара поверхность стекла покрывается однородным слоем непрозрачного, рыхлого льда – инея.
• Самый мощный налет из снежных кристаллов бывает в туман и ветреную погоду. В отличие от обычного инея «ледяные цветы» обильнее расцветают на вертикальных поверхностях с подветренной стороны, чем на горизонтальных.
• Считается, что изморозь появляется в результате замерзания водяного пара. Она состоит из кристалликов льда, нарастающих на тонких длинных предметах при отрицательной температуре, слабом ветре и достаточном количестве водяного пара в воздухе (наличии тумана или густой дымки). 
• Строго рациональная систематика кристаллов Е.С. Федорова и А. Шенфлиса предполагает, что есть всего 7 систем, 32 класса и 230 возможных комбинации симметрии, и за пределы этой системы ни один из кристаллов выйти не может. У морозных узоров же пока выделяют всего две разновидности – дендриты (древовидные формы) и трихиты (волокнистые структуры).
• При минус 10 °С на улице и плюс 20 °С в помещении внутренняя поверхность двойного стекла имеет температуру не ниже плюс 8 °С, а при использовании специальных теплозащитных стекол – еще градусов на пять выше. 

 

 
Январь 2014, Фото из интернета

Поделиться в соц. сетях:

Предыдущая
Следующая

Морозный узор на окне своими руками

Трудно найти человека, который бы хоть раз не любовался в зимнюю пору видом замерзшей влаги на стекле. Удивительный по красоте морозный узор на окне, оказывается, можно создать своими руками. И это не так уж трудно.

Любой желающий может попробовать сделать простую или более затейливую зимнюю композицию даже внутри жилища: на стеклянной межкомнатной двери, створке шкафа или зеркале. И для этого вовсе не нужны мороз и влага.

Есть несколько способов создать зимнее настроение у себя в доме. Попробуем разобраться, что для этого нужно и какие навыки потребуются от исполнителя.

Естественный морозный узор на окне

Зимние разводы на стекле – это, по сути, иней, который образуется при определенных условиях на ветках деревьев, проводах и любой другой поверхности. Такое случается, когда происходит понижение температуры ниже нуля градусов. Влага, находящаяся в окружающем воздухе, замерзает, переходит в твердое состояние и в виде ледяных кристаллов оседает на подвернувшиеся поверхности.

То же самое происходит и с окнами. Кажущееся ровным стекло на самом деле имеет незначительные царапинки и трещинки. В них оседают частички пыли. Кристаллики льда, попадающие на эту неоднородную и неодинаковую поверхность, особенно при воздействии порывов ветра, образуют неповторимый морозный узор.

К сожалению, с появлением солнца или тепла эта красота исчезает. Современные пластиковые окна исключают возможность возникновения морозных разводов. Их стеклопакеты надежно изолированы, они мало запотевают изнутри и не допускают промерзания внутреннего пространства.

Но разве можно остановить человека с художественными наклонностями, пожелавшего сотворить морозный узор на своем оконном стекле летом? Конечно же, нет!

Морозный узор: имитация

Если нет двух основных факторов — влаги и стекла, охлажденного до отрицательной температуры, – возникновение естественной изморози на окне невозможно. Узнав причины образования узоров мороза, можно попробовать сотворить их летом.

На помощь приходят химические реакции кристаллизации определенных растворов. Известны способы образования имитации морозных узоров с помощью сульфата магния (другие названия: магнезия, горькая или английская соль). Можно использовать для этих целей тиосульфат натрия (известен еще как антихлор, гипосульфит, фотографический фиксаж).

Эти химические соединения не являются опасными веществами, их можно приобрести в аптеке или в магазинах химических реагентов, а при соблюдении минимальных требований безопасности использовать для декоративных целей, чтобы имитировать морозный узор.

Еще понадобятся кисти для нанесения рисунка, можно использовать ватные диски, губку или другие подходящие для этого предметы. Для ускорения испарения влаги удобно пользоваться феном.

Химическая изморозь

Чтобы сотворить морозный узор с помощью сульфата магния, нужно 50 мг этого вещества развести в 100 г пива и этим раствором на чисто вымытом и высушенном окне нарисовать кистью разводы. После высыхания (можно процесс ускорить феном) кристаллы магнезии проявятся на поверхности.

Другой вариант рабочего раствора: тот же сульфат магния, но вместо пива используется кипяченая вода и добавляется столовая ложка разведенного желатина. Используется кисть, губка или тряпичный тампон. Раствор наносится хаотичными и беспорядочными движениями на обезжиренное стекло.

Морозные узоры на стекле с помощью тиосульфата натрия образуются после испарения влаги из рабочего раствора, приготовленного из 40 г этого вещества, растворенного в стакане воды. Химический узор в этом случае будет белым, более плотным, непрозрачным, напоминающим снег.

Техника создания рисунка подбирается индивидуально. После нескольких проб можно выработать определенные навыки. Нужно стараться изобразить морозные разводы, «перья», завитки, импровизированные снежинки. Раствор после неудачной попытки можно легко удалить влажной тряпкой и повторить творческий процесс заново.

Столярный клей

Раньше в советские времена морозные узоры на стекле получали при помощи столярного клея. С поверхности нужно было убрать глянец, обработать ее до легкой матовости наждачной бумагой или песком с абразивом. Суть заключается в том, что размоченный в воде и набухший плиточный или гранулированный столярный клей при твердении усыхает, сморщивается и скукоживается непредсказуемым образом.

Если такой состав, разогретый до текучего состояния на водяной бане, нанести слоем до 3 мм на обработанное до матовости стекло, то через сутки он начнет усыхать. Приклеившийся к поверхности состав, скукоживаясь в процессе твердения, будет образовывать сеть неповторяемых узоров. После завершения выкрошенные частички осторожно сметают щеткой.

Стекло для такой изморози следует выбирать не тонкое, иначе его просто согнет и деформирует силой натяжения усыхающего столярного клея. Рабочий состав наносят на ровную горизонтальную поверхность и оставляют так на сутки.

Такой морозный узор остается навсегда. Протирать от пыли и мыть стекла после воздействия столярного клея следует осторожно – острые грани рисунка могут ранить кожу.

Роспись зубной пастой

Не каждый решится на роспись оконных стекол, аргументируя это отсутствием художественных способностей или нежеланием отмывать окна от краски. Но с помощью такого материала можно получить легкосмываемые рисунки. Морозные узоры зубной пастой безопасны, эта технология доступна даже детям.

Стекла после неудачных творческих процессов легко моются и даже лучше блестят после этого. А творческие способности можно ограничить всего лишь простым распылением растворенной зубной пасты из пульверизатора.

Главное — решиться, а поняв простоту затеи, можно попробовать расписать стекла кисточкой (лучше с жесткой щетиной) в стиле морозной изморози. Мазки наносят, начиная с угла и продвигаясь к центру. Для упрощения можно держать под рукой подходящее изображение натурального морозного узора или любую абстрактную картинку.

Для людей, которые не желают рисовать, но хотят украсить свои окна искусственной изморозью, есть простой способ создать своими руками морозные узоры. Трафарет с готовой композицией будет наилучшим решением для тех, кто никогда не брал в руки кисть и краски.

Шаблон с рисунком можно приобрести в магазине или сделать самому. Это не составит труда, если сразу не ставить перед собой цель по имитации реалистичных зимних разводов. Можно скачать из интернета понравившуюся композицию, но лучше ее нарисовать собственноручно, особенно совместно с ребенком.

Можно начать с простого снеговика, несложного изображения елки, разных зверушек, витиеватых звездочек. После перенесения рисунка на плотную бумагу контуры аккуратно вырезаются. Шаблон прикладывают к стеклу или приклеивают скотчем и наносят раствор зубной пасты, разведенной до сметанообразного состояния.

Если в него добавить немного акварельной или гуашевой краски, можно получить больше возможностей для реализации задумок. Для нанесения используют кухонную поролоновую губку или кисть. Использовать как фон в качестве трафарета можно не только лист с вырезом, но и само изображение, нанося красящий состав вокруг него.

Морозные узоры для детей

С маленьким ребенком, который привык все пробовать на вкус, можно устроить забавное рисование. Морозные узоры можно сделать совсем безопасными, если использовать для их создания сахарную пудру.

Крепиться на стерильное стекло она может на клеящую основу из разведенного водой меда, сахарозы, фруктозы или любого вкусного сиропа. Если малышу очень понравится результат, он может даже съесть самодельные морозные узоры.

Трафарет прикладывают к вымытому стеклу, намазывают съедобный клеящий состав, затем пуховкой или мягкой кистью для пудры наносят размолотый сахарный песок. Это может сделать даже ребенок. Безопасность увлекательного процесса соблюдена, малыши будут в восторге. И могут без опаски попробовать рисунок на вкус после снятия трафарета.

Искусственный снег

Есть еще один простой способ создания изморози на любой поверхности. Морозный узор на окне с использованием трафарета можно быстро и легко нанести с помощью искусственного снега. Баллончик с этим составом лучше выбрать из разряда нетающих хлопьев.

Для искусственного снега лучше подобрать зимнюю композицию, ассоциирующуюся с новогодними праздниками. Подойдут снежинки и всякие сказочные персонажи, действующие зимой.

Стекла вымываются и насухо протираются, чтобы не осталось конденсата или влажных разводов. Перед использованием баллончик со снегом тщательно встряхивают. Стороны шаблона должны плотно прилегать к стеклу, чтобы была возможность получить четкие морозные узоры. Трафарет лучше прикрепить скотчем.

Распыляют состав с расстояния от 15 до 40 см в зависимости от желаемого эффекта плотности изморози. После нанесения снега его излишки удаляют сухой тряпкой, трафарет осторожно снимают.

Снежинки для окон

Морозный узор на стекле – это не обязательно витиеватый неповторимый рисунок. Для многих людей простая снежинка на окне – это символ зимы и новогодних праздников.

Начинать создавать морозные узоры для детей можно с изготовления самодельных бумажных шедевров. Материалом может служить любая бумага, но традиционно для этих целей использовались салфетки. Они уже сложены в четыре слоя. Остается сделать еще один сгиб по диагонали, чтобы это была средняя часть снежинки, взять ножницы и начать творить.

Можно вырезать рисунок по шаблонам или придумать свой узор. Узнать заранее, что получится за снежинка, довольно сложно. Только после удаления лишних деталей и разворачивания бумажного листа можно представить и понять, как получился тот или иной замысловатый узор. Снежинки можно украсить блестками, а можно вырезать их из фольги.

Морозные узоры своими руками может сделать каждый, главное, этого захотеть, выделить и потратить немного времени и сил. Настроение, впечатления и положительные эмоции гарантированы.

Путеводитель по холоду

Guide to Frost    … Различные типы ледяных структур, которые образуются на земле …    Кристаллы инея растут из водяного пара в воздухе, как кристаллы снега (см. Снежинка для начинающих). Но пока на подвешенных частицы пыли высоко в облаках, у земли образуются кристаллы инея — на окне стекла, травинки или любая другая твердая поверхность. Окно Фрост Иней образуется, когда оконное стекло подвергается воздействию отрицательных температур на снаружи и влажный воздух внутри. Водяной пар из воздуха конденсируется как иней на внутренней поверхности окна. На картинке справа показан патч оконного инея размером с вытянутую ладонь. Окно мороз часто образует замысловатые узоры, как кристалл На рост сильно влияет поверхность окна. царапины, остаточные мыльные полосы и т. д. могут изменить способ кристаллизации. зарождаться и расти. Заморозки на окнах были более распространены в прошлом, когда дома по-прежнему были однокамерные окна. Новые окна с двойным остеклением гораздо лучшие изоляторы и, следовательно, не так холодно на внутренних поверхностях.    В Слева — несколько фотографий оконного инея крупным планом, которые я сделал во время недавнего отпуска в калифорнийских горах. Ветви, которые вы видите здесь, крошечные — каждая около 3 мм в длину. На увеличенном изображении показаны некоторые из тех же фасеток и дендритных структур. структуры, которые вы видите в снежинках. Иней    Мороз относится к росе, как снежинки к каплям дождя. Когда водяной пар конденсируется в жидкую воду, вы получаете капли дождя и росу. Когда вода пар конденсируется прямо в лед, тогда вы получаете снежинки и иней (см. Учебник по снежинкам). Снежинки — не замерзшие капли дождя, так и иней — не замерзшая роса. Когда иней образуется в виде мельчайших кристаллов льда, покрывающих землю, мы просто называем это все мороз. Но иногда морозные зерна становятся крупнее и называются иней кристаллы. Хороший иней не такая уж редкость, если за ним следить. Иней растет всякий раз, когда на улице холодно и есть достаточный источник водяного пара. рядом, поблизости.    Мы наткнулись на огромные кристаллы инея, когда ехали по пересеченной местности. катался на лыжах рано утром в калифорнийских горах, которые вы можете видеть на этих фотографиях. Близлежащий незамерзший ручей был источником водяной пар, который конденсировался в эти кристаллы за ночь. Некоторые из кристаллов выросли довольно большими (это лыжа для масштаба) и имели такая же кружевная структура, как у дендритных кристаллов снега (см. Учебник по снежинкам). К полудню все они исчезли. На фотографиях слева больше кристаллов инея, которые я нашел в северной Онтарио недалеко от залива Джеймс. На первом фото веточка травы который покрыт ледяными кристаллическими «листьями». Вторая картинка показывает более близкий вид небольшого стебля с очень длинными дендритными кристаллы. Одно из лучших мест, где можно найти изморозь, — открытые растения рядом с незамерзающие озера и ручьи. Это хорошая вещь, чтобы искать, если вы гуляете в лесу зимним утром. Я нашел еще много кристаллов инея фотографировать в север Японии. Развивайте свой Собственный Мороз. Вы можете сделать свои собственные кристаллы инея, если у вас есть холодное, безветренное место. например, неотапливаемый открытый сарай. Просто подключите конфорку и нагрейте открытую сковороду. воды на слабом огне в течение дня или двух. Вы захотите нагреть воду без обогрев всего сарая, так что помогает, если на улице хорошо и холодно. Вы можете разместить ветку или любую другую художественную поверхность над кастрюлей. чтобы на нем конденсировался водяной пар. Как будут расти кристаллы, будет зависеть от воздуха температура (см. Учебник по снежинкам), так что вы можете найти разные типы кристаллов инея в разные дни. Если ты видишь что-то интересное, когда вы попробуете это, сделайте несколько снимков (см. Фотосъемка Snow за полезные приемы) и пришлите мне по электронной почте. Поверхность Иней     Наиболее распространенная форма иней называется поверхностный иней . Он состоит из кристаллов льда, образующих на вершинах сугробов, обычно на ночь. Искры, которые вы видите, исходят из поля снег часто является отражением от граней поверхностных кристаллов инея. Поверхностная иней обычно образуется, когда сугроб прогревается в течение дня, а затем охлаждается. снова на ночь. Ночной воздух охлаждает поверхность сугроба сильнее, чем внутри, чтобы вода могла испариться изнутри сугроба и перекристаллизоваться на поверхность. К утру сугроб покрывается слоем граненых кристаллов льда, и они могут быть довольно большими. Они обычно снова тают, как только восходит солнце, поэтому Лучшее время для поиска инея на поверхности — раннее утро. Морозные цветы Некоторые из странных ледяных образований, которые вы, вероятно, найдете в лесу находятся называется «морозные цветы» или «морозный мороз». Типичный пример выглядит как небольшой шарик из сахарной ваты, несколько дюймов в поперечнике, сделанный скопления тонких изогнутых ледяных нитей. Морозные цветы обычно растут на кусок пропитанного водой дерева, как показано на рисунках справа (снято Ник Пейдж; при условии Алана Ремпеля). Это что-то вроде редкой находки, а это означает, что условия должны быть именно такими, прежде чем он сформируется. Об этом необычном явлении написано немного, и, на мой взгляд, знание, которое никогда не было воспроизведено в контролируемой лаборатории Окружающая среда. Похоже, что ледяные нити в основном выталкиваются из пор в древесине при замерзании. Между прочим, неправильно называть этот мороз, потому что он замерзает из жидкой воды, а не водяного пара. Иней формации Кристаллы снега накапливают изморозь, когда сталкиваются с каплями воды в облака (см. Путеводитель по снежинкам (внизу этой страницы)). Когда облака у земли у вас туман, а иногда и туман из капель переохлажденной воды — вода при температуре ниже Точка замерзания. Затем капли замерзают при контакте с чем-либо они бьют, иногда образуя причудливые, гонимые ветром образования изморози. Фотографии этого феномена прислали Кинан и Дэвид Mackey (первое фото) и John Gibson (второе).

Факторы, влияющие на узоры льда на стекле — научные проекты

(973) 777 — 3113

info@miniscience. com

1059 Main Avenue

. С понедельника по пятницу

123 456 789

[email protected]

Goldsmith Hall

Нью-Йорк, штат Нью-Йорк

07:30–19:00

С понедельника по пятницу

Введение: (Первоначальное наблюдение)

Когда вода замерзает на поверхности стекла, она образует разнообразные кристаллы льда. Эти узоры часто наблюдаются на лобовых стеклах автомобилей, где температура значительно ниже точки замерзания.

Каждый рисунок ледяных кристаллов уникален. Формы, принимаемые кристаллами льда, могут зависеть от многих факторов, в том числе от скорости замерзания воды, чистоты воды и формы поверхности, на которой она замерзает.

В этом проекте мы выясним, какие факторы влияют на структуру льда.

Сбор информации:

При сборе информации об этом проекте вы можете разбить тему на три простые части.

Первая часть имеет форму монокристалла. Я хотел бы знать, связана ли форма монокристалла с формой молекулы. Обратите внимание, что в настоящее время вы не ограничиваете свое исследование водой. Любой кристалл любого вещества может иметь форму, зависящую от молекулярной структуры этого вещества. Для поиска в Интернете я использовал ключевые слова (форма кристалла + молекула) и нашел следующие ссылки:

http://www.chem.arizona.edu/~salzmanr/molecule.html

http://www.unmuseum.org/crystals.htm

Собранная информация показывает, что форма кристалла является функцией от формы молекулы. Это не означает, что форма кристалла такая же, как у молекулы, но они связаны между собой.

Вторая часть — механизм кристаллизации. Кристаллы могут образовываться из жидкостей, газов или паров. Кристаллы снега, например, состоят из водяного пара. Кристаллы воды также могут образовываться зимой на лобовом стекле автомобиля из-за влаги воздуха. Чтобы найти некоторую информацию об этой форме кристаллизации, я искал в Интернете (кристалл + пар).

Результаты показали, что получение кристаллов из паров не ограничивается только природой, но также имеет промышленное применение. Мне интересно, имеет ли форма монокристалла какое-либо отношение к методу кристаллизации. Я хотел бы знать, имеет ли монокристалл, сделанный из пара, ту же форму, что и монокристалл, сделанный из жидкости. Ниже приведены некоторые связанные ссылки.

http://www.hwi.buffalo.edu/ACA/ACA99/abstracts/text/E0101.html

http://www.hamptonresearch.com/techcenter/CG101.html

Третья часть посвящена тому, как кристаллы, связанные друг с другом, образуют определенные узоры. Я хотел бы знать, какие факторы влияют на модели. Искала в интернете (кристалл+выкройка) или Ледяная выкройка. Этот поиск не дал мне много технических результатов, но я нашел несколько хороших рисунков на льду, таких как: узнать о кристаллах воды. Следите за тем, откуда вы получили информацию. Ниже приведены некоторые соответствующие интернет-ссылки.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Nave-html/W01/ice.html

http://earth.agu.org/revgeophys/rasmus00/node3.html

http:// www. papersnowflakes.com/science.htm

У г-на Масару Эмото из Японии была теория, что когда молекулы воды кристаллизуются, чистая вода становится чистым кристаллом, но загрязненная вода может кристаллизоваться не так красиво. В 1994 году он начал свои эксперименты по фотографированию кристаллов различных вод. В конце концов ему удалось сфотографировать родниковую воду, дождевую воду и озера по всему миру. Когда он посмотрел на изображения кристаллов, самое главное, что он заметил, это то, что вода пыталась сформировать законченную «гексагональную кристаллическую структуру».

Из экспериментов он узнал, что откалывание и/или разрушение кристаллической структуры не являются хорошими признаками. Он чувствовал, что вода показывает разные «лица воды». Вода очень старается быть «чистой водой» (красиво выглядящим кристаллом). К сожалению, известно, что хлор и другие химические вещества, добавляемые в воду для очистки, вредны для организма, но тем не менее большинство людей в индустриальных странах пьют такую ​​воду.

Вопрос/ Цель:

Что вы хотите узнать? Напишите заявление, описывающее, что вы хотите сделать. Используйте свои наблюдения и вопросы, чтобы написать утверждение. Это пример вопроса:

Как температура замерзания влияет на ледяные узоры на стекле? Элементы ледяных узоров включают форму кристаллов льда, размер кристаллов льда и коллективное расположение микрокристаллов по отношению друг к другу.

Идентификация переменных:

Когда вы думаете, что знаете, какие переменные могут быть задействованы, подумайте о том, как изменить одну за другой. Если вы измените более одного за раз, вы не будете знать, какая переменная вызывает ваше наблюдение. Иногда переменные связаны и работают вместе, чтобы вызвать что-то. Сначала попробуйте выбрать переменные, которые, по вашему мнению, действуют независимо друг от друга.

Факторы, которые могут повлиять на форму кристаллов льда:

1. Источник ледяной воды (роса, дождь)
2. Погодная температура
3. Скорость падения температуры

Это пример того, как вы определяете переменные при тестировании влияния температуры на структуру льда:

Независимая переменная (также известная как управляемая переменная) — это температура замерзания.

Зависимая переменная (также известная как реагирующая переменная) — это рисунок льда

Константы — это тип воды и тип поверхности замерзания.

Гипотеза:

На основе собранной информации сделайте обоснованное предположение о том, какие факторы влияют на систему, с которой вы работаете. Идентификация переменных необходима, прежде чем вы сможете выдвинуть гипотезу. Это пример гипотезы:

Моя гипотеза состоит в том, что очень быстрая кристаллизация может создавать кристаллы игольчатой ​​формы в виде прямых или разветвленных линий.

Схема эксперимента:

Разработайте эксперимент для проверки каждой гипотезы. Составьте пошаговый список того, что вы будете делать, чтобы ответить на каждый вопрос. Этот список называется экспериментальной процедурой. Чтобы эксперимент дал ответы, которым можно доверять, он должен иметь «контроль». Контроль – это дополнительное экспериментальное испытание или прогон. Это отдельный эксперимент, проводимый точно так же, как и другие. Единственное отличие состоит в том, что никакие экспериментальные переменные не меняются. Элемент управления — это нейтральная «точка отсчета» для сравнения, которая позволяет вам увидеть, что делает изменение переменной, сравнивая ее с отсутствием изменения чего-либо. Надежные элементы управления иногда очень трудно разработать. Они могут быть самой сложной частью проекта. Без контроля вы не можете быть уверены, что изменение переменной вызывает ваши наблюдения. Серия экспериментов, включающая контроль, называется «контролируемым экспериментом».

Для проведения экспериментов по созданию ледяных узоров нам нужна холодная стеклянная поверхность, которую можно использовать для этих экспериментов. В нашем эксперименте мы создадим такую ​​холодную стеклянную поверхность. Для достижения наилучших результатов для создания очень низкой температуры можно использовать жидкий азот или твердый углекислый газ (сухой лед), но в этом эксперименте мы используем соленую воду для создания низких температур.

Вода, создающая эти узоры, — это дождь и роса. Нам также нужен метод для имитации дождя и росы.

Эксперимент 1:

В этом эксперименте мы будем использовать лед для создания температуры замерзания. Смешивание соли со льдом снизит температуру плавления льда и понизит температуру до -5º C. Мы также могли бы использовать антифриз или спирт вместо соли, но мы выбираем соль, потому что она более безопасна для окружающей среды. Шаги эксперимента следующие:

1. Наполните пластиковый контейнер дробленым льдом
2. Насыпьте на лед большое количество поваренной соли, чтобы полностью покрыть лед.
3. Когда лед начнет таять, помешайте его, чтобы ускорить процесс таяния. Это сделает смесь лед-вода-соль намного прохладнее.
4. Используйте термометр, чтобы проверить температуру смеси.
5. Если температура ниже -10ºC, можно переходить к следующему шагу.
6. Налейте немного этой холодной воды в прозрачную стеклянную емкость.
7. Осмотрите боковые стороны стеклянного контейнера на наличие ледяных узоров, вызванных влажностью воздуха.
8. Сфотографируйте или нарисуйте ледяные узоры на стекле.
9. Запишите условия, при которых образовался этот ледяной узор. (Температура смеси, наружная температура, источник и тип замерзшей воды; через какое время образовались ледяные узоры?)

Примечание : Если вам нужна более низкая температура, вы можете использовать сухой лед вместо обычного льда и соли. Сухой лед — это замороженный углекислый газ. Температура сухого льда составляет -109,3°F или -78,5°C. Помещая слой изоляционных материалов, таких как бумага, ткань, картон и войлок, между сухим льдом и куском стекла, вы можете создавать разные температуры на поверхности стекла. Прикрепите грушу термометра к поверхности стекла, используя мазь с оксидом цинка или любую теплопроводящую пасту.

Эксперимент 2:

Повторите описанный выше эксперимент при разных температурах смеси. Обратите внимание на узоры льда, которые образуются на внешней стороне стеклянного контейнера. Когда температура смеси ниже, лед кристаллизуется быстрее, что может повлиять на рисунок льда.

Нужен контроль?

Поставьте еще одну чашку водопроводной воды подальше от экспериментальной установки и ничего с ней не делайте. Это убедит вас, что образование ледяных узоров на вашей экспериментальной чашке связано с низкими температурами.

Эксперимент 3:

Повторите эксперимент 1 при очень низкой температуре, но разбрызгивайте разные типы воды снаружи сверххолодного стеклянного контейнера. (Водопроводная вода, дистиллированная вода, слабогазированная вода, слабокислая вода.)

Примечания:

1. Для кислой воды добавьте около 10% уксуса в дистиллированную воду.
2. Для газированной воды добавьте около 10% газированной воды к дистиллированной воде.
3. Вы также можете попробовать обогащенную кислородом воду, добавив 10% перекись водорода в дистиллированную воду.
4. Дистиллированную воду можно купить в аптеке.
5. Причина, по которой мы тестируем газированные, насыщенные кислородом и кислые воды, заключается в том, что подобный материал может существовать в атмосфере и попадать на землю в виде дождя и росы.
6. Вы также можете использовать стеклянный контейнер вместо пластикового. Таким образом, на внешней стороне стеклянного контейнера будут образовываться ледяные узоры.
7. Этот эксперимент необходимо проводить в холодной и сухой среде с минимально возможной влажностью. В противном случае количество влаги, сконденсировавшейся на поверхности стекла, будет слишком большим, что потенциально может остановить образование льда.

Альтернативный метод эксперимента:

Опыты с ледяными образцами с использованием чашек Петри и холодильника

Введение:

В этом эксперименте мы используем морозильную полку холодильника в качестве источника температуры замерзания. Для стеклянной поверхности мы используем стеклянные чашки Петри (или пластиковые чашки Петри).

Порядок действий:

1. Установите в холодильнике самую низкую температуру и оставьте ее при этой температуре не менее чем на один час.
2. Поместите термометр в морозильную камеру на одну минуту, а затем считайте и запишите температуру. Наденьте перчатки, чтобы температура рук не повлияла на результаты.
3. Смочите дно чашки Петри несколькими каплями воды, накройте крышкой, напишите на крышке температуру и поместите чашку Петри с крышкой в ​​морозильную камеру.
4. Через 30 минут осмотрите кристаллы льда с помощью лупы и запишите свои наблюдения.
5. Немного уменьшите температуру холодильника/морозильника, чтобы она была на 3-5 градусов теплее. Повторите шаги со 2 по 4 с этой новой температурой и другими температурами, которые вы можете создать. Попробуйте протестировать как минимум 5 разных температур замерзания. Идеальные температуры для этого эксперимента: -2ºC, -5ºC, -8ºC, -11ºC, -15ºC, -18ºC, -21ºC; однако каждый раз может быть трудно достичь нужной температуры. Работайте с доступными вам температурами.,

Таблица результатов может выглядеть следующим образом:

Нужен график?

Результаты этого проекта не требуют графического представления. Они могут быть выражены в нескольких предложениях или таблице.

Если вам действительно нужна диаграмма, сделайте гистограмму. Высота каждой полосы будет показывать одну из протестированных вами температур. Название полосы или изображение над каждой полосой будет указывать на тип кристалла (или рисунка льда), который образуется при данной температуре.

Материалы и оборудование:

Можно извлечь из секции экспериментов. Это образец:

1. Поваренная соль
2. Дробленый лед или кубики льда
3. Пластиковый контейнер
4. термометр
5. Стеклянная чашка или химический стакан

Результаты эксперимента (наблюдение):

Эксперименты часто проводятся сериями. Можно провести серию экспериментов, каждый раз изменяя одну переменную на разную величину. Серия экспериментов состоит из отдельных экспериментальных «прогонов». Во время каждого прогона вы измеряете, насколько переменная повлияла на изучаемую систему. Для каждого прогона используется разная величина изменения переменной. Это приводит к разной реакции системы. Вы измеряете этот ответ или записываете данные в таблицу для этой цели. Это считается «необработанными данными», поскольку они еще не обработаны и не интерпретированы. Например, когда необработанные данные обрабатываются математически, они становятся результатами.

Расчеты:

Для этого проекта расчеты не требуются.

Сводка результатов:

Подведите итог тому, что произошло. Это может быть в виде таблицы обработанных числовых данных или графиков. Это также может быть письменное изложение того, что произошло во время экспериментов.

Именно из расчетов с использованием зарегистрированных данных составляются таблицы и графики. Изучая таблицы и графики, мы можем увидеть тенденции, которые говорят нам, как различные переменные влияют на наши наблюдения. На основании этих тенденций можно сделать выводы об изучаемой системе. Эти выводы помогают нам подтвердить или опровергнуть нашу первоначальную гипотезу. Часто математические уравнения можно составить из графиков. Эти уравнения позволяют нам предсказать, как изменение повлияет на систему, без необходимости проведения дополнительных экспериментов. Продвинутые уровни экспериментальной науки в значительной степени зависят от графического и математического анализа данных. На этом уровне наука становится еще более интересной и мощной.

Заключение:

Используя тенденции в ваших экспериментальных данных и ваших экспериментальных наблюдениях, попытайтесь ответить на ваши первоначальные вопросы. Верна ли ваша гипотеза? Настало время собрать воедино то, что произошло, и оценить проведенные вами эксперименты.

Вопросы и ответы по теме:

То, что вы узнали, может помочь вам ответить на другие вопросы. Многие вопросы связаны. Во время экспериментов у вас могло возникнуть несколько новых вопросов. Теперь вы можете понять или проверить то, что вы обнаружили при сборе информации для проекта. Вопросы ведут к большему количеству вопросов, которые приводят к дополнительным гипотезам, которые необходимо проверить.

Возможные ошибки:

Если вы не заметили ничего отличного от того, что произошло с вашим элементом управления, переменная, которую вы изменили, может не повлиять на исследуемую систему. Если вы не наблюдали последовательную, воспроизводимую тенденцию в своей серии экспериментальных запусков, возможно, экспериментальные ошибки повлияли на ваши результаты. Первое, что нужно проверить, это то, как вы делаете свои измерения. Является ли метод измерения сомнительным или ненадежным? Возможно, вы неправильно читаете показания весов, или, возможно, измерительный прибор работает хаотично.

Если вы обнаружите, что ошибки эксперимента влияют на ваши результаты, тщательно переосмыслите план своих экспериментов.