Разберёмся по-порядку, что такое лед. Вода — одно из самых распространённых веществ на Земле. Это и универсальный растворитель, и основа биологической жизни, и среда обитания множества существ. Тело человека на 65% состоит из воды, чуть меньше жидкости в деревьях. Свойства воды изучают на протяжении тысячелетий, но до сих пор осталось много загадок. Одна из них — замерзание.
Лед в природных условиях могут видеть около 50% жителей планеты. Остальным нужно покинуть родные места и приехать в северные широты, или подняться высоко в горы. Хотя лед из морозилки холодильника и на искусственном катке по структуре ничем не отличается от естественного покрытия зимних водоемов, он не сравниться по красоте, особенно в период ледостава и ледохода. Но и в спокойные периоды идеально гладкая поверхность реки или озера, сверкающая под солнечными лучами, никого не оставит равнодушным.
Почему лед загадка? Потому, что вода пока единственная из природных жидкостей, включая расплавы металлов, которая при замерзании расширяется. Процесс идет так — при охлаждении до +4 градусов Цельсия, вода, как и все жидкости, сжимается, то есть объем ее несколько уменьшается за счет снижения интенсивности взаимодействия молекул. При дальнейшем охлаждении вода начинает кристаллизоваться и межмолекулярные силы становятся больше сил теплового взаимодействия. Формируется кристаллическая решетка, в которой молекулы расположены на значительно большем расстоянии.
Силы взаимодействия столь большие, что расширяющаяся замерзшая вода (лед) способна разорвать стальные трубы, расколоть гранит. Плотность льда, естественно, меньше, чем воды, равна 916,7 кг/м3, у воды — 998,3 кг/м3. Проще говоря, кубический метр воды весит 998 кг, а льда — 916 кг. Поэтому лед образуется на поверхности водоемов и не тонет. Подъемная сила льдины в 1,5 раз меньше, чем плота из плотного дерева, например, дуба. Объем воды в сосуде увеличивается на 10,8%. Это достаточно много даже для труб небольшого диаметра.
При кристаллизации любого вещества выделяется некоторое количество тепла. У воды это 333 кДж/кг. Цифра достаточно большая из-за высокой теплоемкости. Вся теплота поглощается воздухом и объемом еще не замерзшей жидкости. Поэтому процесс образования льда на водоемах идет достаточно медленно, необходимо, чтобы среднесуточная температура воздуха уверенно перешагнула через рубеж в 0 оС. В лужах, на поверхности воды в открытых резервуарах и емкостях, например, ведрах, ледяная корка образуется быстрее.
Столько же теплоты нужно для таяния льда. Этим объясняется медленный сход ледяного покрова с рек и озер, наличие ледников в горах, айсбергов и многокилометрового панциря Антарктиды.
Интересные факты о льде
Плавающие в воде айсберги видны над водой только на 10% объема, остальное находится под водой. Именно на 10% расширяется вода при замерзании.
Самые большие ледники в Северном полушарии находятся на Шпицбергене и Земле Франца Иосифа.
Морской лед образуется при охлаждении воды до минус 1,8 градусов Цельсия.
Для того чтобы расплавить 1 килограмм льда, нужно больше теплоты, чем для такого же количества железа, нагретых до точки плавления
Узнать о других явлениях на нашем сайте можно вот здесь — Какие бывают явления природы
