При какой температуре тает снег на улице

Снег — форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кристаллов льда. Относится к обложным осадкам, выпадающим на земную поверхность [1] .

Содержание

Образование кристаллов [ править | править код ]

Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Из-за структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них — новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.

При высокой термике кристаллы неоднократно вертикально передвигаются в атмосфере, частично тая и кристаллизуясь заново. Из-за этого нарушается регулярность кристаллов и образуются смешанные формы. Кристаллизация всех шести лучей происходит в одно и то же время, в почти идентичных условиях, и поэтому особенности формы лучей снежинки получаются столь же идентичны.

Снежинки [ править | править код ]

Белый цвет снега возникает благодаря заключённому в снежинке воздуху. Свет всевозможных длин волн отражается на граничных поверхностях между кристаллами льда и воздухом и рассеивается, однако в зависимости от химического состава снег может приобретать различные цвета [2] .

Снежинки состоят на 95 % из воздуха, что обуславливает их низкую плотность (100—400 кг/м³) и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч).

Самые крупные снежинки наблюдались 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кьоу (англ.) русск. , штат Монтана, США; одна из них имела размеры в 15×8 дюймов (около 38×20 см ) [3] [4] [5] . В Братске в 1971 году зафиксированы снежинки размером 20×30 см [4] . Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе около 0,004 г .

Разнообразие снежинок [ править | править код ]

Существует такое многообразие снежинок, что обычно считается, что не бывает двух одинаковых. Например, Кеннет Либбрехт — автор самой большой и разнообразной коллекции снежинок — говорит: «Все снежинки разные, и их размещение по группам (классификация) — это во многом вопрос личных предпочтений». Простые снежинки — например, призмы, образующиеся при низкой влажности — могут выглядеть одинаково, хотя на молекулярном уровне они отличаются. Сложные звёздчатые снежинки обладают уникальной, отличимой на глаз геометрической формой, и вариантов таких форм, по мнению физика Джона Нельсона из Университета Рицумэйкан ( яп. ) в Киото, больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной [6] .

Снег как погодное явление [ править | править код ]

Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Несмотря на то, что возможны низкие зимние температуры и при отсутствии снега, одно из основных условий климатической зимы — наличие устойчивого (постоянного) снежного покрова, который лежит в течение всей зимы непрерывно или с небольшими перерывами.

В экваториальном и субэкваториальном климатических поясах такое погодное явление, как снег, отсутствует вообще. В тропическом поясе снег крайне редко (раз в несколько десятилетий) может выпасть на границе с субтропическим поясом. В субтропиках на границе с умеренным поясом снег зимой — регулярное явление.

В России постоянный снежный покров устанавливается почти на всей территории страны, за исключением Краснодарского края и равнины северо-кавказских республик. Сроки его установки варьируют от года к году и от сроков наступления климатической зимы. В северо-восточных районах (Республика Коми, Красноярский край, Чукотка, Якутия), где климат наиболее суров, снег ложится уже в конце сентября и держится местами до начала июня.

В Оймяконе осадки могут выпадать в виде снега и образование временного снежного покрова возможно в любой месяц года; средняя дата образования постоянного снежного покрова в Оймяконе — 24 сентября, незадолго после дня осеннего равноденствия, но постоянный снежный покров в Оймяконе может образоваться и на месяц ранее, 24 августа. Тает снег в Оймяконе, в среднем, с 17 мая по 31 мая; средняя продолжительность лежания устойчивого снежного покрова в селе — 237 суток, но возможно и 282 суток. В Хатанге устойчивый плотный постоянный снежный покров отмечается не менее 256 суток в году, с 23 сентября по 5 июня. В Норильске снежный покров лежит, в среднем, 244 суток в году, но может лежать и 277 суток. На мысе Челюскин снежный покров присутствует чуть более одиннадцати с половиной месяцев в году. На некоторых арктических островах России он может присутствовать весь год, где средняя температура самого тёплого месяца в году в некоторых местах составляет −1,2 градуса. В июне на острове Визе высота снежного покрова может составить 50 сантиметров. В средней полосе России первый снег обычно выпадает в конце октября — начале ноября, постоянный снежный покров устанавливается во второй половине ноября, а сходит полностью в конце марта. В равнинной части южных областей европейской части России (особенно в Причерноморье) долговременный снежный покров (дольше 2—3 недель) устанавливается только в особо суровые зимы, да и то не везде. Самая ранняя дата установления временного и постоянного снежного покрова в Москве за 1946—2013 годы — 25 сентября (1976 год) и 24 октября (1993 год), соответственно. В 1993 году в Москве временный снежный покров образовался 29 сентября.

Виды снегопадов [ править | править код ]

Снег характеризуется разнообразными параметрами: толщиной покрова, количеством в нём воды, рассыпчатостью и т. д. Кроме типичных, существуют особые снегопады, связанные с внетропическими циклонами, озёрами и горной местностью.

Внетропические циклоны, свойственные в Северном полушарии для Западной Европы, Канады и Гренландии, могут создать экстремальные условия, когда идут проливной дождь и обильный снег при ветре, превышающем 119 км/ч [7] . Полоса осаждения, которая связана с их тёплым фронтом, часто обширна и вызвана слабым восходящим движением воздуха над фронтальной границей; влага конденсируется, когда остывает, и создаёт осадки [8] , формируя полосу слоисто-дождевых облаков [9] . В холодном секторе, по направлению к полюсу и к западу от центра циклона, малые или средние полосы выпадения снега обычно имеют ширину от 32 до 80 км [10] . Эти полосы связаны с областями фронтогенеза циклона, или зонами температурного контраста [11] .

Часто приходящий с циклонами холодный воздух может приводить к эффектам полос выпадения снега над большими водоёмами: крупные озёра эффективно аккумулируют тепло, что приводит к значительной разнице температур (более 13 °C) между поверхностью воды и воздухом выше [12] ; из-за этой разности температур, тепло и влага перемещаются вверх, уплотняясь в вертикально ориентированных облаках, которые производят снег. Чем сильнее понижение температуры с высотой, тем гуще образующиеся облака и интенсивней снегопады [13] .

В горных районах сильные снегопады идут, когда воздух вынужден подниматься в горы и, охлаждаясь, отдавать лишнюю атмосферную влагу, выпадающую в холодных условиях высокогорий на их наветренных склонах в виде снега. Из-за особенностей горного ландшафта прогнозирование сильных снегопадов остаётся здесь серьёзной проблемой [14] .

1. Снежинки на 95% состоят из воздуха. Именно поэтому они падают очень медленно, со скоростью 0.9 км/час.

2. Почему снег белый? Как раз потому что снег имеет в своей структуре воздух. При этом всевозможные лучи света попросту отражаются от границы кристаллов льда с воздухом и рассеиваются.

3. Но в истории бывали случаи, когда выпадал снег другого цвета. Например, в Швейцарии в 1969 году выпал черный снег, как раз на Рождество, а в 1955 году на Калифорнию обрушился зеленый снегопад.

4. В Антарктике и высоких горах встречается снег розового, фиолетового, красного и желтовато-бурого цвета. Этому способствуют существа, которые живут в снегу и называются хламидомонадой снежной.

5. Когда снежинка падает в воду, она издает высокочастотный звук, который не улавливается человеком, но, по словам ученных, очень не нравится рыбе.

6. Снег в нормальных условиях тает при температуре 0 градусов Цельсия. Однако значительный объем снега может испариться при минусовой температуре, минуя преобразование в жидкую фазу. Этот процесс происходит, когда солнечные лучи попадают на снег.

7. В зимнее время года снег отражает от поверхности Земли до 90% солнечных лучей, направляя их снова в космос, тем самым не давая Земле прогреться.

8. Во время снегопада в 1987 году в Форт-Кое-(Монтана, США) была найдена снежинка-мировая рекордсменка диаметром 38 см.

Вода в природе может находиться в трех разных агрегатных состояниях:

Лед и снег находятся в твердом состоянии, после плавления они превращаются в жидкость, а при нагревании этой же жидкости, она испаряется и превращается в водяной пар. Многим интересно, какие условия должны быть для плавления, замерзания и испарения воды? При какой температуре тает лед и снег или получается вода и пар? О всем этом вы узнаете в этой познавательной статье.

Вода на Земле

Нельзя сказать, что водяной пар и лед редко встречаются в повседневной жизни. Однако наиболее распространенным является именно жидкое состояние – обычная вода. Специалисты выяснили, что на нашей планете находится более 1 млрд кубических километров воды. Однако не более 3 млн км3 воды принадлежат пресным водоемам. Достаточно большое количество пресной воды «покоится» в ледниках (около 30 млн кубических километров). Однако растопить лед таких огромных глыб далеко не просто. Остальная же вода соленая, принадлежащая морям Мирового океана.

Вода окружает современного человека повсюду, во время большинства ежедневных процедур. Многие считают, что запасы воды неиссякаемы, и человечество сможет всегда использовать ресурсы гидросферы Земли. Однако это далеко не так. Водные ресурсы нашей планеты постепенно истощаются, и уже через несколько сотен лет пресной воды на Земле может не остаться вовсе. Поэтому абсолютно каждому человеку нужно бережно относиться к пресной воде и экономить ее. Ведь даже в наше время существуют государства, в которых запасы воды катастрофически малы.

Свойства воды

Прежде чем говорить о температуре таяния льда, стоит рассмотреть основные свойства этой уникальной жидкости.

Итак, воде присущи следующие свойства:

• Отсутствие цвета.
• Отсутствие запаха.
• Отсутствие вкуса (однако качественная питьевая вода имеет приятный вкус).
• Прозрачность.
• Текучесть.
• Способность растворять различные вещества (например, соли, щелочи и т. д.).
• Вода не имеет собственной постоянной формы и способна принимать форму сосуда, в который попадает.
• Способность очищаться посредством фильтрования.
• При нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается.
• Вода может испаряться, превращаясь в пар, и замерзать, образуя кристаллический лед.

В этом списке представлены основные свойства воды. Теперь разберемся, каковы особенности твердого агрегатного состояния этого вещества, и при какой температуре тает лед.

Снег и лед

Лед – это твердое кристаллическое вещество, которое имеет достаточно неустойчивую структуру. Он, как и вода, прозрачен, не имеет цвета и запаха. Также лед обладает такими свойствами, как хрупкость и скользкость; он холодный на ощупь.

Снег также представляет собой замерзшую воду, однако обладает рыхлой структурой и имеет белый цвет. Именно снег каждый год выпадает в большинстве стран мира.

Как снег, так и лед – крайне неустойчивые вещества. Чтобы растопить лед, не нужно прикладывать особых усилий. Когда же он начинает таять?

Плавление льда

В природе твердый лед существует только при температуре 0 °C и ниже. Если же температура окружающей среды поднимается и становится больше 0 °C, лед начинает таять.

При температуре таяния льда, при 0 °C, происходит и другой процесс – замерзание, или кристаллизация, жидкой воды.

Данный процесс можно наблюдать всем жителям умеренно континентального климата. Зимой, когда температура на улице опускается ниже 0 °C, достаточно часто выпадает снег, который не тает. А жидкая вода, находившаяся на улицах, замерзает, превращаясь в твердый снег или лед. Весной же можно увидеть обратный процесс. Температура окружающей среды поднимается, поэтому лед и снег тают, образуя многочисленные лужи и грязь, которую можно считать единственным минусом весеннего потепления.

Таким образом, можно сделать вывод, что, при какой температуре начинает таять лед, при такой же температуре начинается и процесс замерзания воды.

В такой науке, как физика, часто используется понятие количества теплоты. Данная величина показывает количество энергии, необходимой для нагревания, плавления, кристаллизации, кипения, испарения или конденсации различных веществ. Причем каждый из перечисленных процессов имеет свои особенности. Поговорим о том, какое количество теплоты для нагревания льда требуется в обычных условиях.

Чтобы нагреть лед, нужно сначала его растопить. Для этого необходимо количество теплоты, нужное для плавления твердого вещества. Теплота равняется произведению массы льда на удельную теплоту его плавления (330-345 тысяч Джоулей/кг) и выражается в Джоулях. Допустим, что нам дано 2 кг твердого льда. Таким образом, чтобы его растопить, нам понадобится: 2 кг * 340 кДж/кг = 680 кДж.

После этого нам необходимо нагреть образовавшуюся воду. Количество теплоты для данного процесса рассчитать будет немного сложнее. Для этого нужно знать начальную и конечную температуру нагреваемой воды.

Итак, допустим, что нам требуется нагреть получившуюся в результате плавления льда воду на 50 °C. То есть разница начальной и конечной температуры = 50 °C (начальная температура воды – 0 °C). Тогда следует умножить разность температур на массу воды и на ее удельную теплоемкость, которая равняется 4 200 Дж*кг/°C. То есть количество теплоты, необходимое для нагревания воды, = 2 кг * 50 °C * 4 200 Дж*кг/°C = 420 кДж.

Тогда получаем, что для плавления льда и последующего нагревания получившейся воды нам потребуется: 680 000 Дж + 420 000 Дж = 1 100 000 Джоулей, или 1,1 Мегаджоуль.

Зная, при какой температуре тает лед, можно решить множество непростых задач по физике или химии.

Плавление снега

Рассмотрим, какое количество теплоты нужно затратить, что бы из 4 кг. снега получить 4 кг. горячей воды (100°С) при температуре окружающей среды — 10°С.

Дано:

• m = 4 кг — масса снега
• t1 = -10 C — температура снега
• t2 = 0 C — температура плавления снега
• t3 = 100 C — температура кипящей воды
• С1 = 2100 Дж/кг*С — удельная теплоемкость снега
• Л = 330000 Дж/кг — удельная теплота плавления cнега
• С2 = 4200 Дж/кг*С — удельная теплоемкость воды
• Q-?

Решение:

• Q1 = C1*m*(t2-t1)
• Q2 = Л*m
• Q3 = C2*m*(t3-t2)
• Q = Q1 + Q2 + Q3
• Q1 = 2100*4*(0+10) = 84000 Дж
• Q2 = 330000*4 = 1320000 Дж
• Q3 = 4200*4(100-0) = 1680000 Дж
• Q = 1680000 + 84000 + 1320000 = 3084000 Дж = 3084 кДж

Ответ:

Превращение воды в пар

Задача: Найти сколько энергии необходимо затратить, что бы превратить 1 кг. воды в пар, если изначально температура воды составляет 25°С.

Решение:

• На нагрев 1 кг воды на 1°С необходимо затратить 4200 Дж;
• Для нагрева с 25°С до 100 °С необходимо нагреть воду на 75°С;
• Для этого нужно затратить 4200*75=315000 Дж;

Ответ:

• Необходимо затратить 315 кДж.

Выводы

Итак, в данной статье мы узнали некоторые факты о воде и о двух ее агрегатных состояниях – твердом и жидком. Водяной пар, однако, представляет собой не менее интересный объект для изучения. Например, в нашей атмосфере содержится приблизительно 25*1016 кубических метров водяного пара. К тому же, в отличие от замерзания, испарение воды происходит при любой температуре и ускоряется при ее нагревании или при наличии ветра.

Мы узнали, при какой температуре тает лед и замерзает жидкая вода. Такие факты всегда пригодятся нам в повседневной жизни, так как вода окружает нас повсюду. Важно всегда помнить о том, что вода, в особенности пресная, является иссякаемым ресурсом Земли и нуждается в бережном к ней отношении.

Так же мы недавно писали о том, с чего начинать подготовку к ЕГЭ, советуем всем школьникам, даже тем, кто учится не в выпускных классах прочитать эту статью.