Қысым астында мұздың еруі және қайта қатуы құбылысы
Regelation
Мұздың қысым астында еріп, қысым төмендегенде қайта қатану құбылысы – регенерация. Сымды мұз арқылы өткізу тәжірибесін қарастырады. Тәжірибе -10°C және одан төмен температурада мүмкін.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Регеляция – қысым түсірілген кезде мұздың еруі және қайтадан қату құбылысы. Бұл құбылысты мұз блогының айналасына жіңішке сымды орап, оған ауыр салмақ іліп көрсетуге болады. Сым арқылы берілетін қысым мұзды жергілікті түрде баяу ерітеді, соның арқасында сым мұз блогының ішінде толығымен өте алады. Қысым алынған соң, сым өткен жер қайтадан мұзбен толады, сондықтан сым толығымен өткеннен кейін де мұз блогы бұзылмайды. Бұл тәжірибе -10 °C және одан төмен температурадағы мұз үшін мүмкін. Құбылыс негізінен дұрыс болғанымен, сымның мұздан қалай өтетінінің мәліметтері күрделі. Бұл құбылыс мыс сияқты жоғары жылу өткізгіштігі бар материалдармен тиімді жұмыс істейді, себебі балқудың жасырын жылуын жоғары жағынан төменгі жағына беру қажет, осылайша мұздың еруіне қажетті жылу энергиясы қамтамасыз етіледі. Қысқаша айтқанда, сыртқы қысымның әсерінен мұз сұйыққа айналып, қысым алынған соң қайтадан мұзға айналатын құбылыс регеляция деп аталады. Регеляцияны Майкл Фарадей ашқан. Бұл құбылыс тек мұз сияқты қату кезінде кеңейетін заттарда ғана байқалады, себебі олардың балқу температурасы сыртқы қысымның артуымен төмендейді. Мұздың балқу температурасы әрбір қосымша атмосфера қысымына 0,0072 °C төмендейді. Мысалы, мұздың -4 °C температурада еруі үшін 500 атмосфера қысым қажет.
Regelation is the phenomenon of ice melting under pressure and refreezing when the pressure is reduced. This can be demonstrated by looping a fine wire around a block of ice, with a heavy weight attached to it. The pressure exerted on the ice slowly melts it locally, permitting the wire to pass through the entire block. The wire's track will refill as soon as pressure is relieved, so the ice block will remain intact even after wire passes completely through. This experiment is possible for ice at −10 °C or cooler, and while essentially valid, the details of the process by which the wire passes through the ice are complex. The phenomenon works best with high thermal conductivity materials such as copper, since latent heat of fusion from the top side needs to be transferred to the lower side to supply latent heat of melting. In short, the phenomenon in which ice converts to liquid due to applied pressure and then re converts to ice once the pressure is removed is called regelation. Regelation was discovered by Michael Faraday. It occurs only for substances such as ice, that have the property of expanding upon freezing, for the melting points of those substances decrease with the increasing external pressure. The melting point of ice falls by 0.0072 °C for each additional atm of pressure applied. For example, a pressure of 500 atmospheres is needed for ice to melt at −4 °C.
Регеляцияның мысалдары
Мұздық өзінің төменгі бетіне мұздың балқу температурасын төмендету үшін жеткілікті қысым түсіре алады. Мұздықтың табанындағы мұздың еруі оның жоғарыдан төменге жылжуына жағдай жасайды. Ауа температурасы судың қату температурасынан жоғары болғанда, төменгі биіктіктегі мұздықтың табанынан сұйық су ағуы мүмкін.
A glacier can exert a sufficient amount of pressure on its lower surface to lower the melting point of its ice. The melting of the ice at the glacier's base allows it to move from a higher elevation to a lower elevation. Liquid water may flow from the base of a glacier at lower elevations when the temperature of the air is above the freezing point of water.
Қате түсініктер
1992 жылғы бір мақала регеляцияны конькимен сырғанаумен байланыстырудың шалқақ түсінік екенін көрсетеді. Су мұзының үштік нүктеден жоғары (үлкен) pV градиентінің шамасын үстем температура мен қысым шамаларымен салыстыру мәселесі, конькимен сырғанау жағдайындағыдай, классикалық зертханалық тәжірибеде де – мыс сыммен 10 см мұз блогын 28 swg сыммен кесуде де осылай қолданылады. Бұл түсініксіздік байқаулар регеляция емес дегенде емес, регеляцияны үштік нүктеден жоғары pV градиентінің шамасымен (ғана) түсіндіруге болады дегенде. Мұнда одан да көп фактор бар. Регеляция – эмпирикалық құбылыс, мысалы, Эйнштейн үлгілегенге дейін, оның кезінде және тіпті кейін де Браун қозғалысы болғандай. Бұл құбылыс кеңінен байқалып, сипатталғандықтан, оны қысымның артуынан туындаған беттік еру ретінде сипаттауға бейімбіз. Бұл құбылыстың жоғарыда аталған барлық жағдайларда танылуы даусыз. Автомобильдердің шиналары қарда жұмыс істейді, тіпті беттік ерудің белгілі бір деңгейі болса да, олардың протекторлері судың шығуына мүмкіндік береді. Конькимен сырғанау регеляцияның мысалы ретінде келтіріледі, бірақ қажетті қысым сырғанаушының салмағынан әлдеқайда жоғары. Сонымен қатар, регеляция нөлден төмен температурада (0°C) конькимен сырғанаудың қалай мүмкін екенін түсіндірмейді. Қардың тығыздалуы және қар шарының жасалуы – бұл ескі мәтіндерден алынған тағы бір мысал. Мұнда қажетті қысым қолмен қолдануға болатын қысымнан әлдеқайда артық. Кері мысал ретінде, көліктер қардың үстінен өткенде оны ерітпейді.
At least one 1992 article suggests it is a slightly misconceived misconception to ascribe regelation to ice skating. The problem with matching the (large) magnitude of the water ice p V gradient above the triple point boundary with the magnitudes of prevailing temperature and pressure in the case of the ice skating context applies equally in the context of the classic lab experiment with a copper wire cutting through an 10cm ice block with say a 28 swg wire. The misconception is not that these observations fail to be regelation but that regelation can be explained (solely) in terms of the magnitude of p V gradient above the triple point. There is much more going on. Regelation is empirical—it is a phenomenon as was, for example, Brownian Motion before, during, and arguably even after Einstein modelled it. It has been so widely observed and described that we generalise to describing it in terms of pressure causing increased surface melting. The recognition of this phenomenon in all the mentioned contexts is not in doubt. Car tyres work in snow even though there is some increased surface melting because they have tread which allows water to be liberated. Ice skating is given as an example of regelation; however, the pressure required is much greater than the weight of a skater. Additionally, regelation does not explain how one can ice skate at sub zero (0°C) temperatures. Compaction and creation of snow balls is another example from old texts. Here, the pressure required is far greater than the pressure that can be applied by hand. A counter example is that cars do not melt snow as they run over it.