Урок 4. Откуда берутся узоры на окнах - Материалы к изучению
Задумывались ли вы откуда берутся такие красивые узоры на окнах. Часто они напоминают картину, которую нарисовал художник. Обычно так и говорят: «Мороз разрисовал окна». Но как получаются такие красивые узоры? Почему они образуются не всегда?
- Дело в том, что эти удивительно красивые узоры на стеклах в зимнее время не что иное, как замерзшая вода.
В гостиной воздух достаточно сухой. Поэтому на окнах ничего не образуется. На кухне, из-за того, что кипит вода в чайнике и образуется пар, который постепенно наполняет всю комнату, воздух становится влажным. Это происходит потому, что пар - это не что иное как вода в газообразном состоянии. При газообразном состоянии частицы вещества могут отдаляться друг от друга на большие расстояния, заполняя весь объем сосуда, в данном случае комнаты. Разлетаясь по всей комнате они ударяются о холодные стены и окна и теряют часть энергии. Попадая на оконные стекла частицы теряют большое количество энергии и переходят в жидкое состояние. При этом молекулы сближаются, расстояние между ними резко уменьшается, их движение ограничивается. Но так как стекла постоянно соприкасаются с холодным воздухом извне, и имеют очень низкую температуру, то происходит дальнейшая передача энергии от частиц воды стеклу. Эти частицы теряют большое количество энергии, расстояние между ними становится минимальным, движения постепенно ограничиваются до колебания на месте. Образуется твердое вещество. Так как молекулы воды располагаются в определенной последовательности, то и узоры получаются стройные и красивые.
Одним словом, все это характеризуется как процесс охлаждения.
При понижении температуры окружающей среды внутри системы частицы любого вещества начинают терять энергию. Это связано с тем, что когда система и окружающая ее среда имеют различную температуру, то происходит выравнивание температуры за счет того, что молекулы, обладающие большей энергией начинают передавать ее молекулам с меньшей энергией. Используя кинетическую теорию частиц можно весь процесс охлаждения отобразить следующим образом.
Частицы вещества в газообразном состоянии обладают наибольшей энергией и поэтому они способны свободно перемещаться в объеме всего пространства, где они находятся. При этом расстояние между частицами большое. При охлаждении часть энергии покидает частицу и она сближается к другим частицам. Температура в системе начинает снижаться. В этот момент вещество из газообразного состояния начинает переходит в жидкое. Такой процесс называется конденсацией. Затем наступает момент когда температура в течение некоторого времени не снижается, остается стабильной. Это происходит, потому что при конденсации частицы вещества выделяют энергию, которая компенсирует потери тепловой энергии. Как только все вещество переходит в жидкое состояние, температура в системе опять начинает снижаться.
При дальнейшем понижении температуры расстояние между частицами сокращается настолько, что становится меньше, чем размеры самих частиц. При этом температура в системе тоже падает. В определенный момент, когда энергия частиц становится минимальной, образуется кристаллическая решетка и вещество переходит в твердое состояние. Этот процесс называется замерзанием или отвердеванием.
Процесс охлаждения мы наблюдаем и в природе. Ранним утром можно обнаружить капельки воды на листочках растений - это роса. Она образуется в ходе конденсации водяного пара. Такой процесс возможен, потому что ночью происходит интенсивное охлаждение земной поверхности в связи с заходом солнца. Другой пример изменения агрегатного состояния в ходе процесса охлаждения – это образование льда. Эти процессы можно наблюдать также в быту или на производстве: например, если налить в стакан немного горячего чая, то на стенках стакана можно увидеть мельчайшие капельки воды. Или в металлургии полученный жидкий металл через некоторое время затвердевает. Благодаря охлаждению мы получаем холодный чай и твердый металл.
Можно сделать вывод, что охлаждение имеет огромное значение, без которого многие жизненно важные процессы невозможны.
