Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Классический эксперимент с отрегулированием ледяной глыбы при прохождении через нее натянутой проволоки.

Регеляция - это явление таяния льда под давлением и повторного замораживания при понижении давления. Мы можем продемонстрировать регеляцию, обвив тонкую проволоку вокруг глыбы льда с прикрепленным к ней тяжелым грузом. Давление, оказываемое на лед, медленно локально тает, позволяя проволоке пройти через весь блок. Путь проволоки заполнится, как только давление будет снято, поэтому ледяной блок останется твердым даже после того, как проволока полностью пройдет через нее. Этот эксперимент возможен для льда при температуре -10 ° C или ниже, и, хотя по сути он действителен, детали процесса, посредством которого проволока проходит через лед, сложны. [1] Явление лучше всего проявляется при высокой теплопроводности.материалы, такие как медь, поскольку скрытая теплота плавления с верхней стороны должна передаваться нижней стороне для обеспечения скрытой теплоты плавления. Короче говоря, явление, при котором лед превращается в жидкость из-за приложенного давления, а затем снова превращается в лед, когда давление снимается, называется регеляцией.

Регеляцию открыл Майкл Фарадей . Это происходит только с такими веществами, как лед, которые имеют свойство расширяться при замерзании, поскольку температуры плавления этих веществ уменьшаются с увеличением внешнего давления. Температура плавления от льда падает на 0,0072 ° С для каждой дополнительной атм давления применяется. Например, для таяния льда при -4 ° C необходимо давление в 500 атмосфер . [2]

Плавление поверхности [ править ]

Кривая плавления льда
Молекулярная структура льда у поверхности

Для нормального кристаллического льда намного ниже его точки плавления произойдет некоторая релаксация атомов у поверхности. Моделирование льда вблизи точки его плавления показывает, что происходит значительное плавление поверхностных слоев, а не симметричная релаксация положений атомов. Ядерный магнитный резонанс показал наличие жидкого слоя на поверхности льда. В 1998 году с помощью атомно-силовой микроскопии Астрид Деппеншмидт и Ханс-Юрген Батт измерили толщину жидкообразного слоя на льду, которая составила примерно 32  нм при -1 ° C и 11 нм при -10 ° C. [3]

Поверхностное плавление может объясняться следующим:

Примеры регеляции [ править ]

Ледник может оказывать достаточное количество давления на ее нижнюю поверхность , чтобы понизить температуру плавления ее лед. Таяние льда у основания ледника позволяет ему перемещаться с более высокой отметки на более низкую. Жидкая вода может течь от основания ледника на более низких высотах, когда температура воздуха выше точки замерзания воды.

Заблуждения [ править ]

Катание на коньках приведено в качестве примера регеляции; однако необходимое давление намного превышает вес фигуриста. Кроме того, регулирование не объясняет, как можно кататься на коньках при температурах ниже нуля (° C). [4]

Уплотнение и создание снежных шаров - еще один пример из старых текстов. Здесь необходимое давление намного больше, чем давление, которое можно приложить вручную. Противоположный пример: автомобили не тают снег, когда едут по нему.

Последний прогресс [ править ]

Супертела кожа , которая является упругим, гидрофобным, термически более стабильным охватывает как воду и лед. Кожа воды и льда характеризуется идентичными фононами растяжения HO 3450 см-1. Ни жидкость, образующаяся на льду, ни слой льда не покрывают воду, но сверхтвердый слой скользит по льду и делает водную пленку более жесткой [5]

Релаксация водородной связи (O: HO) при сжатии. Сжатие укорачивает и увеличивает жесткость несвязи O: H и одновременно удлиняет и смягчает ковалентную связь HO, а отрицательное давление действует наоборот [6]

Температура плавления пропорциональна энергии когезии ковалентной связи. Следовательно, сжатие снижает Tm. [7]

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Ю. Хуанг, Х. Чжан, З. Ма, Ю. Чжоу, В. Чжэн, Дж. Чжоу и К. К. Сан, Динамика релаксации водородных связей: разгадывая загадки водяного льда. Coordination Chemistry Reviews 2015. 285: 109-165.
  • К. К. Сан, Расслабление химической связи. Серия Спрингера по химической физике 108. Vol. 108. Гейдельберг, 2014 г., 807 стр. ISBN  978-981-4585-20-0 .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дрейк, LD; Шрив Р.Л. (1973). «Плавление под давлением и регулирование льда круглыми проволоками». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 332 (1588): 51. Bibcode : 1973RSPSA.332 ... 51D . DOI : 10,1098 / rspa.1973.0013 . S2CID 137274632 . 
  2. ↑ Глоссарий по метеорологии: Regelation, архивировано 25 февраля2006 г. в Wayback Machine , Американское метеорологическое общество, 2000
  3. ^ Döppenschmidt, Астрид; Батт, Ханс-Юрген (2000-07-11). «Измерение толщины жидкого слоя на поверхности льда с помощью атомно-силовой микроскопии». Ленгмюра . 16 (16): 6709–6714. DOI : 10.1021 / la990799w .
  4. ^ Белый, Джеймс. Учитель физики, 30, 495 (1992).
  5. ^ Чжан, Си; и другие. (Октябрь 2014 г.). «Обычная сверхскользящая кожа, покрывающая и воду, и лед» (PDF) . Физическая химия Химическая физика . 16 (42): 22987–22994. arXiv : 1401.8045 . Bibcode : 2014PCCP ... 1622987Z . DOI : 10.1039 / C4CP02516D . PMID 25198167 . S2CID 5256149 .   
  6. ^ ВС, Чанцин (2014). Расслабление химической связи . Springer. п. 807. ISBN. 978-981-4585-20-0.
  7. ^ Сунь, Чанг Цин; и другие. (2012). «Скрытая сила, противодействующая сжатию льда». Химическая наука . 3 : 1455–1460. arXiv : 1210.1913 . DOI : 10.1039 / c2sc20066j . S2CID 97318835 .