Калейдоскоп тепловых явлений

лицей
Свистовым Сергеем
2008

для тебя нашлась одежда,
Никем не сшитая она,
Как бы безбрежный

дивный сон
Вдруг успокоенной земли –
Вокруг на десять тысяч ли
Невиданная белизна.
Цюй Цюбо, «Снега России»

площади, скверы, мы поневоле привыкаем к снегу и начинаем воспринимать

его как нечто хорошо знакомое. Но так ли уж хорошо мы с ним знакомы?

всего «пухового одеяла» которое образуют упавшие на землю мириады снежинок,

оказывается весьма солидной.
Когда в Северном полушарии зима подходит к концу, общая площадь земного снежного покрова достигает 108 км2 (20% поверхности земного шара).
Масса этого покрова равна примерно 1,35 ∙1016 кг (13500 млрд. т).

частью отражается. Кроме того, свет может частично проходить сквозь вещество

(если оно в какой-то мере прозрачно).
Как правило, поглощение света различными веществами сильно зависит от длины волны, именно поэтому мы видим все вокруг в цвете.
Предположим, например, что рассматриваемый объект поглощает почти весь оптический диапазон длин волн и отражает лишь красные лучи; ясно, что такой объект освещаемый солнечным светом, будет представляться нам красным.
Если объект поглощает лучи всех длин волн и практически ничего не отражает, то он выглядит чёрным.
Если же, наоборот, объект практически все лучи отражает, он выглядит белым. Именно таков свежевыпавший снег; он отражает более 90% падающих на него солнечных лучей.

снеговых льдинок, находящихся вблизи поверхности. Проникнуть глубже в снег лучам

не даёт полное внутреннее отражение от многочисленных поверхностей, отделяющих льдинки от воздуха, который заполняет внутренние поры в снегу.
Когда эти поры исчезают (при образовании монолитного льда или в результате заполнения талой водой), отражение света существенно уменьшается в этом случае значительная часть солнечных лучей проникает достаточно глубоко внутрь покрова и там поглощается.

на многих примерах.
Раздробите на морозе кусок льда— и вы

получите белый порошок.
Взгляните на лужу, подернутую ледяной корочкой: она везде темная, но там, где подо льдом оказался воздушный пузырь, она белая.
Проследите за падающей снежинкой. Вот она упала на вашу ладонь и тут же, еще не растаяв, утратила свою белизну — воздушные промежутки между снежинкой и поверхностью ладони оказались заполненными талой водой.

и сажа, имеющиеся в воздухе.
Но дело не только в

этом. Потемнение снега означает, что он стал меньше отражать солнечных лучей и, значит, больше поглощать их. Оттепели и движение водяных паров из глубины снежного покрова к его поверхности — всё это приводит к заполнению воздушных пор поверхностного слоя талой водой и льдом, приводит к уплотнению этого слоя и к образованию наста. В результате усиливается проникновение солнечных лучей в глубь снежного покрова, возрастает поглощение света внутри покрова — снег ещё более темнеет.
Весной увлажнение снега и загрязнение его поверхности уменьшают долю света, отражаемого снежным покровом, до 30%. То есть, за период с выпадения снега до весеннего таяния отражающая способность снежного покрова снижается более чем в З раза.

нескольких месяцев те или иные области земной поверхности получают меньше

энергии от Солнца. В свою очередь, выпадение снега приводит к еще большему сокращению получаемой от Солнца энергии и, следовательно, способствует усилению зимних холодов.
Свежевыпавший снег отражает более 90% солнечных лучей, а свободная от снега суша отражает только 10-20% солнечного света. Отсюда видно, насколько меньше энергии получает Земля от Солнца благодаря высокой отражающей способности снежного покрова.
Снежное покрывало спасает от морозов растения и диких животных, свежий снег благодаря обилию в нем воздушных пор обладает высокими теплоизоляционными свойствами.

мороз, тем более твердыми и хрупкими делаются снеговые льдинки и

поэтому более высоким становится тон скрипа.
Проводились специальные акустические измерения при 6°С (слабый мороз) и при -20° С (сильный мороз). В слабый мороз скрип снега характеризуется частотами в интервале примерно 200-400 Гц. В сильный же мороз, наряду с увеличением силы звука, наиболее «сильный» звук возникает при частоте 1000-1500 Гц.

на несколько градусов ниже нуля). Солнечные лучи падают почти отвесно

на покрытый снегом скат крыши и неплохо прогревают его.
Под снегом образуется талая вода, она стекает по скату крыши и достигает ее края. Там и начинают расти сосульки.
Для простоты будем считать, что сосулька растёт скачками хотя на самом деле этот процесс непрерывен.
Вот с края крыши начинает стекать крупная водяная капля. Она не может сразу оторваться и полететь вниз - мешает поверхностное натяжение воды.

и, уступая тяжести капли, все более провисает. А пока это

происходит капля замерзает, теперь с края крыши свешивается надежно примерзший к нему кусочек льда, имеющий характерную форму.
Следующая капля быстро стекает по уже замерзшей капле к самой нижней её точке и, провиснув, замирает. Вот-вот сила тяжести одолеет силу поверхностного натяжения и капля полетит вниз, но этого не происходит. Новая капля, как и предыдущая, замерзает, так и не оторвавшись от крыши.
Такова же судьба и последующих капель. Все они последовательно намерзают одна на другую, в результате чего и образуется сосулька

ней практически не задержится и почти целиком просыплется вниз на

землю.
В отличие от песка, снег может накапливаться на голых ветвях, образуя подчас такие тяжёлые шапки, что обламываются ветви. Снеговые наросты на деревьях образуются при снегопаде в тихую погоду, когда температура воздуха близка к 0° С.

подтаивание и замерзание, испарение и кристаллизация. Они приводят к образованию

связей между упавшими снежинками и поверхностью ветвей, а также между самими снежинками.
Первые снежинки подтаивают и примерзают к ветвям, образуя на них тонкую наледь. Последующие снежинки примерзают уже к этой наледи.
Так постепенно на ветвях нарастают большие снежные шапки, способные удерживаться даже при несильных порывах ветра

оттепели как бы на снежном столбике, тогда как металлическая пластина

еще глубже уходит в снег?

нём различные предметы становятся одинаково грязными, поэтому все они практически

одинаково отражают (а значит, и поглощают) солнечные лучи. От нагреваемой солнечными лучами поверхности снега вглубь, по направлению к более холодному земляному грунту будет передаваться теплота. Скорость ее передачи тем выше, чем больше теплопроводность поверхностных слоев снежного покрова.
Теплопроводность слежавшегося снега в 5-8 раз больше теплопроводности деревянной доски, поэтому вокруг доски снег будет таять быстрее, чем под доской. В результате доска через некоторое время оказывается лежащей на своеобразном снежном столбике, возвышающемся над остальной поверхностью снега. Можно сказать, что доска в данном случае выступает в роли хорошего теплоизолятора, она предохраняет находящийся под ней снег от быстрого таяния.
Иное дело, когда на поверхности снега находится металлическая пластина. Теплопроводность пластины примерно в 100 раз больше теплопроводности слежавшегося снега, поэтому снег под пластиной будет таять быстрее, чем на открытом месте.

после кратковременных зимних оттепелей.
На первый взгляд причина их возникновения

очень проста. В течение погожего весеннего или зимнего дня солнечные лучи хорошо прогревают ствол дерева, чему способствует тёмный цвет его поверхности и то, что лучи низко стоящего солнца падают на поверхность ствола почти перпендикулярно.
Теплопроводность дерева очень низкая, поэтому оно относительно медленно отдает теплоту. Примыкающие к стволу участки снежного покрова под действием этой теплоты постепенно подтаивают, и в результате формируется снежная лунка.
С южной стороны, где ствол дерева получает больше солнечного света (в Северном полушарии) глубина лунки обычно больше — ведь южная сторона дерева прогревается сильнее.

подножия деревянных столбов снежные лунки, как правило, меньше или вообще

отсутствуют.
Дело в том, что весной и во время зимних оттепелей дерево как бы «просыпается» — от его корней к ветвям начинают свое движение внутренние соки. Вместе с ними ствол дерева и ветви получают теплоту от подземных слоев, пронизанных корнями. Таким образом, ствол дерева нагревается не только извне (за счет поглощения энергии солнечных лучей), но и изнутри (благодаря подъему соков по капиллярам внутри ствола).

Ну, а почему же при этом образуется снежок?
И на

этот вопрос готов ответ: при сжатии снег уплотняется.
Почему же в таком случае не удается слепить снежок в морозный день? Если термометр показывает, скажем, -10 °С, то как бы сильно вы ни сжимали горсть снега, она не превратится в плотный снежок. В чем же дело?
Многие правильно отвечают, что снег должен быть мокрым, для чего необходимо, чтобы его температура была близка к 0 °С. Когда мы сжимаем такой снег, образуется некоторое количество воды. Вода заполняет воздушные промежутки внутри снега и, подмерзая, образует довольно прочные ледяные связи.
Нам остается выяснить, почему же при сжимании в ладонях не слишком холодного снега образуется вода. На это часто отвечают так: снег под давлением тает.

проявляется одна из особенностей льда - ведь у большинства веществ

температура плавления понижается не с увеличением давления, а с уменьшением его.
Однако роль указанного эффекта невелика: повышение давления на одну атмосферу понижает температуру плавления льда (иначе говоря, температуру таяния снега) лишь на 0,0075 0° С. Чтобы эта температура понизилась всего на один градус, требуется давление более 130 атм.
Такого давления при помощи ладоней не создать. Так что одного только таяния снега под давлением в данном случае недостаточно.

Когда мы сжимаем в голых руках снежок, то происходит передача

теплоты от наших ладоней к снежку. При сжимании снежка уменьшается общий объем внутренних пор, и часть насыщенных водяных паров, заполнявших эти поры, конденсируется.
Наконец, может играть определённую роль тот факт, что при сжимании снежка трутся друг о друга и о наши ладони льдинки, образующие снег, при этом выделяется теплота.
Как видите, слепить прочный снежок нетрудно, но зато не так-то просто объяснить физику происходящих при этом процессов.

ни обратись, - вопрос, а не ответ.
А. А. Фет

перья диковинных птиц?

время становления льда на ближайшем водоёме?

ударе.

же в некоторых старых домах стены обмерзают со стороны комнаты,

а не улицы?

начинает замерзать от берегов, а молодой морской лёд настолько эластичен,

что может изгибаться на волнах?
Почему вода, получаемая при таянии многолетнего полярного льда, пригодна для питья?

1988
Детская энциклопедия Кирилла и Мефодия 2006 (2CD)
Большая энциклопедия 2008 (3CD)
Иллюстрированный

энциклопедический словарь на CD и др.