Лед как природный материал

6.4. ПРИРОДНЫЕ ХОЛОД И ЛЕД НА СЛУЖБЕ ЧЕЛОВЕКУ — ДЕЛО НЕ ТОЛЬКО ПРОШЛОГО, НО И БУДУЩЕГО

Холодильная техника, естественно, сильно потеснила за последнее столетие древние способы охлаждения, основанные на использовании природного холода. Заготовка природного льда свелась в наше время почти к нулю. Однако наивно было бы полагать, что холодильная техника, при всех ее достижениях, должна полностью вытеснять из низкотемпературной технологии холод, который дает природа. Отец невесты в «Свадьбе» Чехова, который предпочитал «натуральное» — «умственному», был в определенной степени прав. Оказалось, что по мере развития цивилизации, когда задачи организации ее рационального взаимодействия с живой природой (экологические) выходят на первый план, ситуация существенно меняется. Сокращение расходов материалов и энергии становится не только экономической задачей, но в полном смысле слова — вопросом жизни. Соответственно возрастает и значение экологически чистого естественного холода.

Рассмотрим небольшой пример. Разве не вызывает сомнений необходимость тратить электроэнергию (а следовательно топливо и материалы) на работу не только крупных, но и бытовых холодильников зимой, когда рядом, за стеной, температура воздуха такая же, как и в холодильнике, а иногда не выше, чем в морозильнике с четырьмя звездочками? Можно возразить, что холодильной техникой пользоваться удобнее — она не зависит от капризов природы, легко регулируется. Это, конечно, верно, но не может изменить дела в принципе. Можно, по-видимому, найти пути, позволяющие и в этом, и в других случаях, используя природный холод, сократить расход материальных и энергетических ресурсов.

Однако этим дело не исчерпывается. Природный холод и лед можно использовать не только пассивно для охлаждения, как делали наши предки. Есть и другие, новые возможности, простирающиеся от получения пресной воды в засушливых районах до выработки электроэнергии на базе природного холода. Кроме этого, изучение живой природы Севера и других холодных районов Земли дает интереснейший материал для использования ее секретов в практических целях.

Прежде чем перейти к анализу возможностей, полезно провести некоторую «инвентаризацию» — посмотреть, какими запасами льда мы (т.е. человечество) располагаем. Не возникнет ли опасение, что их недостаточно?

Общие запасы природного льда на Земле превышают 30 млн км 3 — это куб со стороной, равной 311 км! Если его поставить на поверхность Земли, то верхняя грань выйдет в Космос на уровень, где летает большинство искусственных спутников. Основная его масса сосредоточена в ледниках Антарктиды, Гренландии и горных районов. Второе место занимают подземные льды (вечная мерзлота); их в 60 раз меньше, чем ледниковых. Тем не менее их очень много. В России вечной мерзлотой занята колоссальная площадь — около 10 млн км2 (примерно 47% территории). В Канаде и Аляске доля ее еще больше (соответственно 50 и 80%).

Третье и четвертое места занимают морские льды и снежный покров. Хотя здесь льда в сотни и тысячи раз меньше, чем в ледниках, его и в таком виде более чем достаточно.

Наконец, некоторое количество льда и снега находится в атмосфере. Лед и снег образуются при конденсации водяного пара, поднимающегося с поверхности земли, морей и океанов. Таким образом, испарившаяся вода возвращается на землю не только в виде дождя, но и в замороженном виде — как снег и град. В отличие от снега град выпадает летом и не только в средних широтах, но и в южных районах, и даже в тропиках — в Африке, Индии, Средней Азии, на Кавказе и др. Градины бывают самыми разными, иногда они достигают очень больших размеров — до 10-15 см в поперечнике и даже более. Известен случай, когда градина (в Индии, 1961 г.) убила слона. Ее масса была равна 3 кг. Очевидно, однако, что такого рода «естественный холод» мало пригоден для использования, хотя и падает с неба в теплое время.

Несмотря на колоссальные общие запасы всех видов природного льда, необходимо его разумное использование, не нарушающее локального природного равновесия. При соблюдении этого условия природный холод может дать многие полезные результаты. Здесь мы расскажем только о четырех направлениях, о которых упоминалось выше.

Источник

Что такое лед, свойства льда

Сегодня мы будем говорить про свойства снега и льда. Стоит уточнить, что лед образуются не только из воды. Кроме водяного льда бывает аммиачный и метановый. Не так давно ученые изобрели сухой лед. Свойства его уникальны, их рассмотрим чуть позже. Он образуется при замораживании углекислоты. Свое название сухой лёд получил благодаря тому, что при таянии он не оставляет луж. Находящийся в его составе углекислый газ тут же испаряется в воздух из замороженного состояния.

Определение льда

Прежде всего, подробнее рассмотрим лед, который получают из воды. Внутри него правильная кристаллическая решетка. Лед – это распространенный природный минерал, получаемый во время замерзания воды. Одна молекула этой жидкости связывается с четырьмя ближайшими. Ученые заметили, что такое внутреннее строение присуще различным драгоценным камням и даже минералам. Например, такое строение имеет алмаз, турмалин, кварц, корунд, берилл и другие. Молекулы удерживаются на расстоянии кристаллической решеткой. Эти свойства воды и льда говорят о том, что плотность такого льда будет меньше плотности воды, благодаря которой он образовался. Поэтому лед плавает на поверхности воды и не тонет в ней.

Миллионы квадратных километров льда

А вы знаете, сколько льда на нашей планете? Согласно последним исследованиям ученых, на планете Земля имеется примерно 30 миллионов квадратных километров замороженной воды. Как вы уже догадались, основная масса этого природного минерала находится на полярных шапках. В некоторых местах толщина ледяного покрова достигает 4 км.

Как получить лед

Сделать лед совсем несложно. Этот процесс не составит большого труда, как и не требует особых навыков. Для этого необходима низкая температура воды. Это единственное неизменное условие процесса образования льда. Вода замерзнет тогда, когда ваш термометр покажет температуру ниже 0 градусов по Цельсию. В воде начинается процесс кристаллизации благодаря низким температурам. Молекулы ее строятся в интересную упорядоченную структуру. Этот процесс называют образованием кристаллической решетки. Он одинаков и в океане, и в луже, и даже в морозильной камере.

Исследования процесса замерзания

Проводя исследование на тему замерзания воды, ученые пришли к выводу, что кристаллическая решетка выстраивается в верхних слоях воды. На поверхности начинают образовываться микроскопические ледяные палочки. Чуть позже между собой они смерзаются. Благодаря этому образуется тончайшая пленка на поверхности воды. Крупные водоемы замерзают намного дольше по сравнению с неподвижной водой. Это связано с тем, что ветер колышет и колеблет поверхность озера, пруда или реки.

Ледяные блины

Ученые провели ещё одно наблюдение. Если при низкой температуре продолжается волнение, то тончайшие пленки собираются в блины диаметром около 30 см. Далее они смерзаются в один слой, толщина которого не меньше 10 см. На ледяные блины сверху и снизу намерзает новый слой льда. Так образуется толстый и прочный ледяной покров. Его прочность зависит от видов: самый прозрачный лед будет в несколько раз прочнее белого льда. Экологи заметили, что 5-сантиметровый лёд выдерживает вес взрослого человека. Слой в 10 см способен выдержать легковую машину, но следует помнить, что выходить на лед в осеннее и весеннее время очень опасно.

Свойства снега и льда

Физики и химики долгое время изучали свойства льда и воды. Самое известное, а также важное свойство льда для человека – это его способность легко таять уже при нулевой температуре. Но для науки важны и другие физические свойства льда:

• лед обладает прозрачностью, поэтому он хорошо пропускает солнечный свет;
• бесцветность — лед не имеет цвета, но его с легкостью можно покрасить при помощи цветных добавок;
• твердость – ледяные массы прекрасно сохраняют форму без каких-либо наружных оболочек;
• текучесть – это частное свойство льда, присущее минералу только в некоторых случаях;
• хрупкость – кусок льда можно с легкостью расколоть, не прикладывая больших усилий;
• спайность – лед с легкостью раскалывается в тех местах, где он сросся по кристаллографической линии.

Лед: свойства вытеснения и чистоты

По своему составу у льда высокая степень чистоты, так как кристаллическая решетка не оставляет свободного места различным посторонним молекулам. Когда вода замерзает, то она вытесняет различные примеси, которые в ней когда-то растворились. Таким же образом можно получить очищенную воду в домашних условиях.

Но некоторые вещества способны затормаживать процесс замерзания воды. Например, соль в морской воде. Лёд в море образуется только при очень низких температурах. Удивительно, но процесс замерзания воды каждый год способен поддерживать самоочищение от разных примесей в течение многих миллионов лет подряд.

Секреты сухого льда

Особенности этого льда в том, что в своём составе он имеет углерод. Такой лед образуется только при температуре -78 градусов, но тает он уже при -50 градусах. Сухой лед, свойства которого позволяют пропустить стадию жидкостей, при нагревании сразу образуется пар. Сухой лед, как и его собрат – водяной, не имеет запаха.

А вы знаете, где применяют сухой лед? Благодаря его свойствам, этот минерал используют при транспортировке продуктов питания и медикаментов на дальние расстояния. А гранулы этого льда способны потушить воспламенение бензина. Ещё, когда сухой лед тает, он образует густой туман, поэтому его применяют на съемочных площадках для создания спецэффектов. Помимо всего перечисленного, сухой лед можно брать с собой в поход и в лес. Ведь когда он тает, то отпугивает комаров, различных вредителей и грызунов.

Что касается свойств снега, то эту удивительную красоту мы можем наблюдать каждую зиму. Ведь каждая снежинка имеет форму шестигранника — это неизменно. Но помимо шестиугольной формы, снежинки могут выглядеть по-разному. На формирование каждой из них влияет влажность воздуха, атмосферное давление и другие природные факторы.

Свойства воды, снега, льда удивительны. Важно знать ещё несколько свойств воды. Например, она способна принимать форму сосуда, в который ее наливают. При замерзании вода расширяется, а также у нее есть память. Она способна запоминать окружающую энергетику, а при замерзании она «сбрасывает» информацию, которую в себя впитала.

Мы рассмотрели природный минерал – лед: свойства и его качества. Продолжайте изучать науку, это очень важно и полезно!

Источник

Лед как природный материал

Этот удивительный лед

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Я очень люблю зиму это сказочное время года, люблю строить снежные пещеры, сидеть у окна и рассматривать замысловатые морозные узоры на окне. Как прекрасно выйти ранним утром и увидеть природу в белоснежном сверкающем инее, когда твой взгляд привлекает пушистый снег. Как же получается это чудо? Что же такое лёд? Как он получается и какими свойствами обладает?

Цель исследования: изучить свойства льда.

определить в каких условиях получается лёд;

изучить необходимую литературу по данной теме;

использовать интернет ресурсы;

исследовать свойства льда на опытах;

Гипотеза исследования: лед – это замороженная вода. Он приносит человеку, как пользу, так и вред.

Примерно 70% земной поверхности покрыто водой. И только 1% воды

в мире находится в доступе и пригоден для потребления людьми. Приблизительно 97% воды слишком соленая и 2 % находится в форме льда.
Вода — это замечательное вещество, потому что она может существовать в трех различных формах: жидкой, газообразной (водяной пар) и твердой (лед). Вода замерзает, охлаждаясь до 0 °С. Проверим это.

Возьмём форму, заполним её водой и поставил в холодильник.

Через некоторое время вода превратилась в лёд (см. приложение 1).

Вода, замерзая, превращается в лед, но редко задумываемся – какими удивительными свойствами обладает самый обыкновенный лед.

Три состояния воды.

Вода в твердое состояние переходит двумя путями.
Первый — когда она охлаждается до 0 °С, ее точки замерзания. Так делают кубики льда в морозильнике.

Второй — когда замерзает водяной пар. Именно так образуется иней в холодильнике, на деревьях, проводах.

Зимой мы наблюдаем, какие формы и узоры создает замерзшая вода. Как это происходит? Оказывается, что ледяные кристаллы образуют узоры на холодном оконном стекле, когда водяной пар замерзает медленно. Если мы поймаем снежинки на кусок черной ткани или картона и с помощью увеличительного стекла рассмотрим их, то увидим, что они разной формы, но все — шестиконечные! Сосульки растут, когда вода капает в очень холодном воздухе. что впервые в 1635 г. на прекрасные снежинки как на кристаллы строгой формы обратил внимание немецкий учёный Иоганн Кеплер. Основы «снежинковедения», заложил американский фермер Вилсон Бентли (1865-1931). А вообще наука, которая изучает свойства льда и снега называется гляциология.

Из наблюдений я узнал, что лёдбесцветный. Синеватый оттенок лед получает в немалых скоплениях. Имеет стеклянный блеск. Прозрачный. Хрупкий. Не тонет в воде. Почему лёд не тонет?

Когда вода превращается в лед, она занимает больше пространства, чем когда она была в жидком состоянии. Это делает лед легче воды, из которой он получился, поэтому лед плавает, хотя и сильно погружается. Так получаются айсберги. Слово айсберг английского происхождения и означает ледяную гору. Айсберг — это ледяная глыба, плывущая в море. В некоторых случаях айсберги перемещаются на многие километры. Айсберги представляют огромную опасность для мореходства. Большая часть айсбергов встречается в ледниковых зонах Арктики. Самый большой из зарегистрированных айсбергов имел длину 322 км и ширину 97 км – это больше, чем площадь страны Бельгии!

Опыт 1. Лед требует пространства

Поместим кусочек льда в бокал и нальем туда до краев воды. Что произойдет, когда лед растает? Переполнится ли стакан? Когда кубик льда растает, уровень воды останется практически прежним. Это происходит потому, что вода, образовавшаяся изо льда, занимает меньше пространства, чем лед (см. приложение 1).

Оборудование: маленькая баночка из стекла или толстого пластика, фольга.

1. Заполним её до краев водой и сделаем неплотную крышку из фольги. Поставим в холодильник и подождем, пока вода хорошенько замерзнет.

2. Лёд приподнял крышку (см. приложение 1).

Когда капельки воды превращались в лёд, между льдинками накапливался воздух, которому тоже нужно пространство. Поэтому лёд занимает больший объем, чем вода, из которой он получается. Именно по этой причине зимой могут лопаться водопроводные трубы. Вода внутри них расширяется при замерзании и разрывает места соединения или сами трубы. Так может нам вредить лёд.

Опыт 2. Подними лед спичкой

Оборудование: стакан с водой, кубик льда, спичка, немного соли. На плавающий в воде кусочек льда аккуратно положим спичку. Теперь посыплем немного соли вокруг спички. Вскоре она вмерзнет в лед, и мы сможем за эту спичку поднять кусочек льда (см. приложение 2).

Когда ты посыпаешь солью лед, он тает. Это происходит потому, что соленая вода замерзает при более низкой температуре, чем обычная. Другими словами, для того, чтобы соленая вода превратилась в лед, температура должна быть ниже 0° С. Но под спичку соль не попадает, и она оказывается вмерзшей в лед. Зимой дороги посыпают солью: соленая вода не замерзает и при температуре ниже 0° C.

Опыт 3. Какой материал лучше сохраняет лёд?

Оборудование: фольга, вата, бумага и 3 одинаковых кусочка льда.Завернём лёд в материал. Через час проверим, что произошло?

(см. Приложение 3)

Лёд, который был завёрнут в вату, почти не растаял, а лёд из фольги сильно подтаял. Вата содержит больше воздуха, чем фольга и бумага, а воздух плохой проводник тепла и не допускает проникновения теплого комнатного воздуха внутрь материала.

Подтвердим это на другом опыте.

Насыплем в целлофан кусочки льда, завернём его в пуховый платок. Дополнительно завернём в шубу. Через 7 часов проверим. Лёд сохранился, слегка подтаяв. Так человек в быту может сохранять замороженные продукты, когда нет электричества (см. приложение 4,5).

Зная физические свойства льда, человек давно использует их в своей практической деятельности. Так, например, иногда применяется прокладка голых электрических проводов прямо по льду, так как электропроводность сухого льда и снега очень мала. Она во много раз меньше электропроводности воды.

Природный лёд используется для хранения и охлаждения пищевых продуктов. Он хорошо сохраняет витамины(см. приложение 5).

Он используется в медицине, как кровоостанавливающее средство, избавляет нас от синяков. У некоторых астматиков при ночном приступе вызывает облегчение глотание небольших кусочков льда. К натруженным за день ногам вернется легкость, если их протереть замороженным мятным настоем. Охлаждение замедляет все физиологические процессы в организме, облегчает работу хирурга при сложных и длительных операциях. Особенно при операциях на мозге. К тому же низкая температура подавляет деятельность микроорганизмов .

Эскимосы в Канаде строили дома изо льда, чтобы жить в них во время дальних охотничьих путешествий. Эти дома, называемые иглу, строились из плотных снежных блоков, уложенных друг на друга и образующих куполообразную хижину (см. приложение 6).

Лёд может вызывать стихийные бедствия

Обледенение летательных аппаратов, судов, сооружений, дорожного полотна и почвы, речные заторы с наводнениями, ледяные обвалы (см. приложение 6)

Наша гипотеза подтвердилась.

Лед – это замороженная вода. Он таинственный и необыкновенный. Лёд может выглядеть совершенно по-разному, принимая форму прозрачных градин и сосулек, хлопьев пушистого снега, колючего инея на проводах, плотной блестящей корки льда или гигантских ледниковых масс. Лед обладает большой разрушительной силой, но и приносит большую пользу для человека. Из него можно построить жилище, лед лечит, защищает от вымерзания, сохраняет наши продукты питания.

Лёд – это красота! Из него можно делать прекрасные скульптуры!

Я думаю, что лёд таит в себе ещё много загадок.

— Арабаджи В. И. «Загадки простой воды»

— Паундер Э. Р. «Физика льда»

— «Почему и потому»

Как образуется лёд?

Опыт 1. Лед требует пространства

Опыт 2Подними лёд спичкой

Опыт 3.Какой материал лучше сохраняет лёд?

Источник