Почему у снежинки 6 лучей кратко
Обновлено: 05.07.2024
Почему снежинки выглядят так красиво, необходимо рассмотреть историю жизни одного снежного кристалла.
Ледяные снежинки в облаке образуются при -15 градусах вследствие перехода водяного пара в твердое состояние. Основой для формирования снежинок являются мелкие частицы пыли или микроскопические льдинки, которые служат ядром для конденсации на них молекулы воды. Ядро кристаллизации - это то, с чего начинается образование снежинок.
Все больше и больше молекул воды присоединяются к растущей снежинке в определенных местах, придавая ей отчетливую форму шестигранника. Разгадка структуры твердой воды кроется в строении ее молекулы, которую можно упрощенно представить себе в виде тетраэдра - пирамиды с треугольным основанием в которой возможны углы лишь в 60° и 120°. В центре находится кислород, в двух вершинах — по водороду, точнее — протону, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей, отчего их называют неподеленными.
Снежинка — это монокристалл льда, вариация на тему гексагонального кристалла, но выросшего быстро, в неравновесных условиях. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы — снежинка-столбики, снежинки-иглы. В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек.
К падающей снежинке может примерзнуть капелька воды — в результате образуются снежинки неправильной формы. Распространенное мнение, будто снежинки обязательно имеют вид шестиугольных звездочек, является ошибочным. Формы снежинок оказываются весьма разнообразными.
Снежинки существуют в миллиардах различных вариантов. Фактически нет двух одинаковых снежинок. Но что объединяет их все - каждая снежинка имеет шестиконечную форму. Давайте разбираться в чем причина.
Что такое снежинки?
Многие думают, что снежинки, это замерзшие капли дождя. Это не так. На самом деле снежинки представляют собой сублимированный водяной пар. Фактически влага из воздуха находящаяся в нем в газообразном состоянии превращается в кристаллы льда минуя жидкое состояние. Такой процесс "перескакивания" через агрегатное состояние называют сублимацией .
Как формируется снежинка?
Формирование снежинки начинается с формирования маленькой шестиугольной пластинки. Когда снежинка падает сквозь атмосферу продолжается сублимация влаги и новые кристаллики льда нарастают по углам этого изначального шестиугольника. Именно поэтому не существует двух одинаковых снежинок: путь каждой из них сквозь атмосферу уникален, и даже малейшие изменения в температуре, влажности, силе ветра и т.п. могут оказать большое влияние на рост кристаллов льда.
При этом в одной снежинке все шесть ветвей растут примерно одинаково, хотя и крайне редко встречается полная симметрия - межд ветвями все равно есть незначительные различия. Впрочем идентичные снежинки могут быть получены в лабораторных условиях.
Почему шесть?
Шестиугольность снежинок обусловлена геометрией кристаллической решетки льда.
Как известно молекула воды состоит из двух атомов кислорода и одного атома водорода. Принимая во внимание то, как атомы обмениваются электронами в молекуле воды атом водорода имеет положительный заряд, а атомы кислорода - отрицательный. Заряженный "конец" молекулы привлекает к себе противоположно заряженный "конец" другой молекулы воды. Возникает так называемая водородная связь .
В жидкой воде водородные связи между молекулами постоянно возникают и разрушаются из-за высокой температуры, но когда вода охлаждается до температуры близкой к нулю градусов Цельсия энергия броуновского движения молекул также падает и между молекулами начинают устанавливаться более стабильные водородные связи. Каждая молекула воды может установить водородную связь с четырьмя другими молекулами.
Под влиянием давления молекулы в кристалле льда стремятся занять наиболее энергоэффективную форму. Такой формой является тетраэдр в котором в каждой вершине находится молекула воды имеющая водородную связь с одной из других вершин. Математически возможно несколько повторяющихся структур полученных из тетраэдров, но наиболее стабильной и энергоэффективной является шестиугольная структура. Такой лед называют Лёд Ih (h - hexagonal, шестиугольный). 99 процентов льда на Земле имеет такую структуру.
Существуют и другие варианты кристаллической решетки льда, однако они обычно требуют иных условий формирования, к примеру Лёд Ic с кубической кристаллической решеткой может формироваться в верхних слоях атмосферы где температура и давление гораздо ниже.
Таким образом шестиугольной форме снежинок мы обязаны тому, что в основе кристаллической решетки льда лежат шестиугольные ячейки.
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.
Снега в центральной части России этой зимой маловато. Кое-где он выпал, конечно, но в январе месяце можно было ждать какой-то более морозной и снежной погоды. Унылая серость и неприятная слякоть мешают ощутить радость от привычных зимних забав. Поэтому Cloud4Y предлагает добавить немного снега в нашу жизнь, поговорив о… снежинках.
Зачем? Он ищет самые сверкающие, самые фактурные, самые красивые снежинки, которые может создать природа. По его словам, наиболее интересные образцы имеют тенденцию образовываться в самых холодных местах — пресловутом Фэрбенксе и в заснеженной северной части Нью-Йорка. Самый же лучший снег, который Кеннет когда-либо наблюдал, шёл в Кокрейне, местечке на северо-востоке Онтарио, где слабый ветер кружил снежинки, падающие с неба.
Очарованный стихией, Либбрехт с упорством археолога изучает свою пенопластовую доску. Если там есть что-то интересное, взгляд обязательно зацепится за это. Если же нет — снег сметается с доски, и всё начинается заново. И это длится часами.
Наработки Либбрехта в этой области помогли создать новую модель, которая объясняет, почему снежинки и другие снежные кристаллы образуют то, что мы привыкли видеть. Согласно его теории, опубликованной в интернете в октябре 2019 года, описывает движение молекул воды возле точки замерзания (кристаллизации) и то, как конкретные движения этих молекул могут порождать совокупность кристаллов, которые образуются в различных условиях. В своей монографии объёмом 540 страниц Либбрехт описывает все знания о снежных кристаллах.
Шестиконечные звёзды
Вы, конечно же, знаете, что невозможно увидеть две одинаковые снежинки (разве что на этапе зарождения). Этот факт связан с тем, как кристаллы формируются в небе. Снег — это скопление ледяных кристаллов, которые образуются в атмосфере и сохраняют свою форму, когда они все вместе падают на Землю. Они образуются, когда атмосфера достаточно холодная, чтобы не допустить слияния или таяния и превращения в мокрый снег или дождь.
Хотя в пределах одного облака можно зафиксировать множество температур и уровней влажности, для одной снежинки эти переменные будут постоянными. Вот почему снежинка часто растёт симметрично. С другой стороны, каждая снежинка подвергается воздействию ветра, солнечного света и другим факторам. По сути, каждый кристалл подчиняется хаосу облака, и потому принимает различные формы.
Можно сказать, что это было начальное понимание принципов атомной физики, о которой заговорят лишь через 300 лет. Действительно, молекулы воды с их двумя атомами водорода и одним кислородом имеют тенденцию соединяться вместе, образуя гексагональные массивы. Кеплер и его современники даже не представляли, насколько это важно.
Как говорят физики, благодаря водородной связи и взаимодействия молекул друг с другом мы можем наблюдать открытую кристаллическую структуру. Помимо способности выращивать снежинки, шестиугольная структура позволяет сделать лёд менее плотным по сравнению с водой, что оказывает огромное влияние на геохимию, геофизику и климат. Другими словами, если бы лёд не плавал, жизнь на Земле была бы невозможна.
Но после трактата Кеплера наблюдение за снежинками было скорее хобби, чем серьёзной наукой. В 1880-х годах американский фотограф по имени Уилсон Бентли, живший в холодном, вечно заснеженном маленьком городишке Иерихон (штат Вермонт, США), начал делать снимки снежинок с помощью фотопластин. Он успел создать более 5000 фотографий, прежде чем умер от пневмонии.
Ещё позднее, в 1930-х годах, японский исследователь Укичиро Накая начал систематическое изучение различных типов снежных кристаллов. В середине столетия Накая выращивал снежинки в лаборатории, используя отдельные волоски кролика, помещённые в охлаждённое помещение. Он возился с настройками влажности и температуры, выращивая основные типы кристаллов, и собрал свой оригинальный каталог возможных форм. Накая обнаружил, что снежинки-звёзды имеют тенденцию образовываться при -2 °C и при -15 °C. Столбцы образуются при -5 °C и примерно при -30 °C.
Тут важно отметить, что при температуре около -2 °C появляются тонкие пластинчатые формы снежинок, при -5 °С они создают тонкие столбики и иголки, когда температура опускается до -15 °C, они становятся действительно тонкими пластинами, а при температуре ниже -30 °C они возвращаются в более толстые колонны.
В условиях низкой влажности снежинки-звёзды образуют несколько ветвей и напоминают гексагональные пластины, но при высокой влажности становятся более замысловатыми, кружевными.
По мнению Либбрехта причины появления различных форм снежинок стали понятнее именно благодаря работе Накая. Было установлено, что снежные кристаллы превращаются в плоские звёзды и пластины (а не трёхмерные структуры), когда края быстро растут наружу, а грани медленно растут вверх. Тонкие колонны растут по-другому, с быстро растущими гранями и более медленно растущими краями.
В то же время, основные процессы, влияющие на то, станет ли снежинка звездой или колонной, остались невыясненными. Возможно, секрет крылся в температурных условиях. И Либбрехт пытался найти ответ на этот вопрос.
Рецепт снежинки
Вместе со своей маленькой командой исследователей Либбрехт пытался придумать рецепт снежинки. То есть некий набор уравнений и параметров, которые можно загрузить в компьютер и получить от ИИ великолепное разнообразие снежинок.
Свои исследования Кеннет Либбрехт начал двадцать лет назад, узнав об экзотической форме снежинки, называемой закрытой колонной. Она похожа на катушку для ниток или на два колеса и ось. Рождённый на севере страны, он был шокирован тем фактом, что ни разу не видел такой снежинки.
Поражённый бесконечными формами снежных кристаллов, он занялся изучением их природы, создав лабораторию для выращивания снежинок. Результаты многолетних наблюдений помогли создать модель, которую сам автор считает прорывной. Он предложил идею молекулярной диффузии на основе поверхностной энергии. Эта идея описывает, как рост снежного кристалла зависит от начальных условий и поведения молекул, которые его образуют.
Представьте, что молекулы воды расположены свободно, так как пары воды только начинают замерзать. Если бы можно было оказаться внутри крошечной обсерватории и смотреть на этот процесс, то можно было бы увидеть, как молекулы замёрзшей воды начинают образовывать жёсткую решетку, где каждый атом кислорода окружён четырьмя атомами водорода. Эти кристаллы растут путём включения молекул воды из окружающего воздуха в их структуру. Они могут расти в двух основных направлениях: вверх или наружу.
Тонкий плоский кристалл (пластинчатый или звездообразный) образуется, когда края формируются быстрее, чем две грани кристалла. Растущий кристалл будет распространяться наружу. Однако, когда его грани растут быстрее, чем его края, кристалл становится выше, образуя иглу, полый столб или стержень.
Не стоит думать, что эти наблюдения интересны узкому кругу учёных. Подобные вопросы возникают в физике конденсированных сред и в других сферах. Молекулы лекарств, полупроводниковые чипы для компьютеров, солнечные элементы и множество других отраслей полагаются на высококачественные кристаллы, и целые группы занимаются вопросом их выращивания. Так что нежно любимые Либбрехтом снежинки вполне могут послужить на благо науки.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Цель и задачи Цель: выяснить, как появляется снег и сколько у снежинки бывает лучей. Задачи: 1) выяснить, что такое снег; 2) узнать, какой формы бывают снежинки и почему; 3) сделать макет снежинки.
Гипотезы: снег появляется, когда на улице холодно; снежинка образуется в облаке и падает на землю; все снежинки имеют 6 лучей. Объект исследования: снег. Предмет исследования: рождение и форма снежинок. Методы исследования: изучение литературы, опыт, анализ данных, практический метод.
Что такое снег? Снег – осадки. Снег – твердая вода. Снег падает из больших туч со скоростью 1 км в час. Снег покрывает всю землю, крыши домов, скамейки, деревья. Когда снега много, появляются сугробы.
Опыт Мы взяли формочку для льда. Налили воду и поставили в морозильник. На следующий день в ячейках получился лед. Получить снег из воды не получилось. Вывод: настоящий снег нельзя получить в условиях квартиры.
Как образуется снежинка? В воздухе всегда есть пылинки. Внутри облака к пылинке притягивается частица водяного пара. Замерзая, она превращается в кристалл льда. Сначала кристалл меньше 1 мм. Кристалл растет, потому что к нему приклеиваются и замерзают новые частицы водяного пара. Выводы: 1) вода в газообразном состоянии превращается в кристаллы льда минуя жидкое состояние; 2) заморозить пар в квартире невозможно, потому что пар сначала превратится в капельки воды, а потом в лед. Процесс перескакивания через жидкое состояние в науке называется сублимацией.
Как растет снежинка?
Создание макета снежинки
Мнение ученых Существует наука кристаллография. Он изучает снежинки и другие кристаллы. Американский физик Кеннет Либбрехт в своей лаборатории научился выращивать снежинки. Он вывел закономерность: чем ниже температура, тем сложнее узор снежинки.
Заключение Теперь мы знаем, как появляется снежинка и почему у нее 6 лучей. Две наши гипотезы подтвердились: снег появляется, когда на улице холодно; снежинка образуется в облаке и падает на землю. Третья гипотеза, что все снежинки имеют 6 лучей, подтвердилась частично. В природе не бывает двух одинаковых снежинок. Бывают не шестигранные снежинки.
Краткое описание документа:
Данная презентация является исследовательским проектом, выполненным в Школе юного исследователя МАОУ СОШ № 38 г. Калининграда Калининградской области.
Материал можно использовать на уроках окружающего мира с использованием технологии проблемного диалога.
- подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- по всем предметам 1-11 классов
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam
- Курс добавлен 31.01.2022
- Сейчас обучается 35 человек из 22 регионов
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Дистанционные курсы для педагогов
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
5 613 270 материалов в базе
Материал подходит для УМК
- ЗП до 91 000 руб.
- Гибкий график
- Удаленная работа
Самые массовые международные дистанционные
Школьные Инфоконкурсы 2022
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Другие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
- 01.01.2021 499
- PPTX 2 мбайт
- 6 скачиваний
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Коновалова Валентина Михайловна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Автор материала
40%
- Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- Для учеников 1-11 классов
Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов
Дистанционные курсы
для педагогов
663 курса от 690 рублей
Выбрать курс со скидкой
Выдаём документы
установленного образца!
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России
Время чтения: 1 минута
Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ
Время чтения: 1 минута
Онлайн-тренинг: нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни
Время чтения: 2 минуты
В Госдуме предложили ввести сертификаты на отдых детей от 8 до 17 лет
Время чтения: 1 минута
Новые курсы: преподавание блогинга и архитектуры, подготовка аспирантов и другие
Время чтения: 16 минут
ГИА для школьников, находящихся за рубежом, может стать дистанционным
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Энциклопедия. Познавай мир вместе с Lifecity
Амазонка (Amazonas) — река в Южной Америке, величайшая в мире по размерам бассейна и водоносности. Образуется слиянием рек Мараньон и Укаяли.
это острая инфекционная болезнь, которая сопровождается повышением температуры тела; слабостью, лихорадкой, потерей аппетита,
Уже не один раз слышала, что за то, что ребёнка прописывают не сразу после рождения ЖЕКи требуют оплаты коммунальных услуг за все года за ре
Меня всегда интересовало, сколько мяса в современных колбасе и сосисках?
Здравствуйте. Интересует вопрос, как мне из-за границы позвонить на Украину с мобильного или стационарного телефона?
В каком городе мира, на данный момент (01.2008), находится максимальное количество линий метрополитена?
Читайте также: