Glace
Saviez-vous ...
Cette sélection Wikipedia est déconnecté disponibles à partir enfants SOS pour la distribution dans le monde en développement. Un lien rapide pour le parrainage d'enfants est http://www.sponsor-a-child.org.uk/
Ice est le nom donné à l'une quelconque des 15 connus solides cristallins phases de l'eau . Dans des contextes non-scientifiques, il décrit habituellement glace I h, qui est connu pour être le plus abondant de ces phases. Il peut apparaître un transparent ou opaque blanc bleuâtre couleur en fonction de la présence de des impuretés telles que de l'air . L'addition d'autres matériaux tels que le sol peut en outre modifier l'apparence.
Le plus commun transition de phase à la glace se produit lorsque je h liquide eau est refroidie en dessous de 0 ° C (273,15 K , 32 ° F) la pression atmosphérique normale. Il peut également dépôt d'une vapeur sans phase liquide intermédiaire, par exemple dans la formation de gel.
La glace apparaît dans la nature sous des formes aussi variées que les flocons de neige et grêle, glaçons, glaciers , banquise et entières polaire calottes glaciaires. Ce est un élément important de la climat mondial , en particulier en ce qui concerne l' cycle de l'eau . En outre, la glace a de nombreuses applications culturelles, de la glace de refroidissement de la boisson à une sports d'hiver et sculpture de glace.
Le mot est du vieil anglais est à son tour dérivé de Proto-germanique * Isaz.
Caractéristiques
En tant que solide cristallin, de la glace d'origine naturelle est considéré comme un minéral constitué par l'oxyde d'hydrogène.
Une propriété inhabituelle de glace congelé à une pression d'une atmosphère, ce est que le solide est d'environ 8% moins dense que l'eau liquide. L'eau est la seule connue substance non métallique d'étendre quand il gèle. La glace a une densité de 0,9167 g / cm³ à 0 ° C, tandis que l'eau a une densité de 0,9998 g / cm³ à la même température. L'eau liquide est plus dense, essentiellement 1,00 g / cm³, à 4 ° C et devient moins dense que les molécules d'eau commencent à se former le hexagonales cristaux de glace lorsque la température tombe à 0 ° C. (En fait, le mot «cristal» dérive du mot grec pour le gel.) Ceci est dû à formant des liaisons hydrogène entre les molécules d'eau, qui sont alignés molécules moins efficace (en termes de volume) quand l'eau est congelée. Le résultat de ceci est que la glace flotte sur l'eau liquide, qui est un facteur important dans la Terre du climat (si l'eau avait coulé au lieu de flotter, un plan d'eau aurait gelé du fond à la surface, tuant des poissons et autres créatures non résistant à des températures de congélation). Densité de la glace augmente légèrement la température diminue (densité de la glace à -180 ° C (93 K) est 0,9340 g / cm³).
Lorsque la glace fond, il absorbe autant d'énergie thermique (la la chaleur de fusion) comme cela prendrait pour chauffer une masse équivalente d'eau de 80 ° C, alors que sa température reste une constante de 0 ° C.
Il est également théoriquement possible pour surchauffer la glace au-delà de son point d'équilibre de fusion. Simulations d'impulsions laser ultrarapides agissant sur la glace montrent que cela peut être chauffée à la température ambiante pendant une période extrêmement courte (250 ps) sans fondre.
La lumière réfléchie par la glace peut apparaître bleu, parce que la glace absorbe plus des fréquences rouges que les bleus. En outre, les icebergs contenant des impuretés (par exemple, les sédiments, les algues, bulles d'air) peuvent apparaître en vert.
Glissance
Jusqu'à récemment, on pensait que la glace était glissante parce que la pression d'un objet en contact avec elle a provoqué une couche mince à fondre. Par exemple, la lame d'un patin à glace, exerçant une pression sur la glace, fondu une couche mince, assurant une lubrification entre la glace et la lame.
Cette explication ne est plus largement acceptée. Il ya encore débat sur la raison pour laquelle la glace est glissante. L'explication se faire accepter est que les molécules de glace en contact avec de l'air ne peuvent pas correctement lier avec les molécules de la masse de glace sous (et sont donc libres de se déplacer comme des molécules d'eau liquide). Ces molécules restent dans un état semi-liquide, assurant une lubrification indépendamment de la pression sur la glace exercée par ne importe quel objet.
Ce phénomène ne semble pas être vrai à toutes les températures. Les conditions extrêmes trouvées, en particulier, dans l'Antarctique ont été observés à faire de la glace et de la neige pas glissant. Explorateurs rapportent que des températures très basses neige perd son "glisse", et en tirant un traîneau à travers elle devient comme tirant un traîneau à travers le sable.
Types
La glace tous les jours et la neige ont une hexagonal la structure cristalline ( glace I h). Soumis à des pressions plus élevées et des températures variables, la glace peut se former dans une douzaine de différentes phases. Seulement un peu moins stable (métastable) que je h est la structure cubique ( I c).
À d'autres températures et pressions, d'autres formes de glace existent, y compris JE JE, III, V, VI , VII, VIII, IX et X . Avec des soins tous ces types peuvent être récupérés à la pression ambiante. Les types sont différenciés par leur structure cristalline, la commande et la densité. Il ya aussi deux phases métastables de glace sous pression, à la fois pleinement hydrogène désordonnée; ce sont IV et XII. Ice XII a été découvert en 1996. En 2006, XIII et XIV ont été découverts. Ices XI, XIII, XIV et sont des formes de glaces I h, V et XII respectivement hydrogène ordonnée.
Ainsi que les formes cristallines, l'eau solide peut exister dans des états amorphes que l'eau solide amorphe (ASW), glace amorphe de faible densité (LDA), glace amorphe de haute densité (HDA), glace amorphe de très haute densité (VHDA) et eau miroitant hyperquenched (HGW).
Rime est un type de glace formée sur les objets froids quand des gouttes d'eau cristallisent sur eux. Ceci peut être observé dans temps de brouillard, lorsque la température baisse pendant la nuit. Givre mou contient une forte proportion de l'air piégé, faisant apparaître blanche plutôt que transparent, et en lui donnant une densité d'environ un quart de celle de la glace pure. Givre est relativement dense.
Aufeis est la glace en couches qui se forme dans l'Arctique et les vallées des cours d'eau subarctiques. Ice gelé dans les blocs de lit du ruisseau de décharge normal des eaux souterraines et provoque la table locale de l'eau à augmenter, entraînant le congédiement de l'eau au-dessus de la couche gelée. Cette eau gèle ensuite, provoquant la table de l'eau de monter plus loin et répéter le cycle. Le résultat est un dépôt de glace stratifiée, souvent plusieurs mètres d'épaisseur.
La glace peut également former glaçons, similaires à stalactites dans l'apparence, comme des gouttes d'eau et recongèle.
hydrates de clathrates sont des formes de glace qui contiennent des molécules de gaz piégés à l'intérieur de son réseau cristallin. glace de crêpes est une formation de glace généralement créés dans les zones avec des conditions moins calmes.
Certaines autres substances (en particulier les formes solides de ceux habituellement trouvés comme fluides) sont aussi appelés «glace»: la glace sèche , par exemple, est un terme populaire pour les solides du dioxyde de carbone .
Dans l'espace de la glace hexagonale cristalline, la forme prédominante sur Terre, est extrêmement rare. Glace amorphe est plus fréquente; Cependant, la glace cristalline hexagonale peut être formé par l'action volcanique.
Utilisations
la récolte de glace
La glace a longtemps été évalué en tant que moyen de refroidissement. Jusqu'à récemment, le Bâtiment utilisé Parlement hongrois glace récoltée en hiver à partir de Lac Balaton pour la climatisation. Glacières ont été utilisés pour conserver la glace formée dans l'hiver pour faire de la glace toute l'année, et au début réfrigérateurs étaient connus comme glacières parce qu'ils avaient un bloc de glace en eux. Dans de nombreuses villes, il ne était pas rare d'avoir un service régulier de livraison de glace pendant l'été. Pour la première moitié du 19e siècle, la récolte de la glace était devenue la grande entreprise en Amérique. Frédéric Tudor, qui est devenu connu comme le "Roi des Glaces," a travaillé sur le développement de meilleurs produits d'isolation pour le long transport à distance de la glace, en particulier sous les tropiques. L'avènement de artificielle technologie de réfrigération a depuis fait la livraison de glace obsolète.
En 400 avant JC l'Iran , persans ingénieurs avaient déjà maîtrisé la technique de conservation de la glace dans le milieu de l'été dans le désert. La glace a été introduit pendant les hivers des montagnes à proximité dans des quantités en vrac, et stocké dans spécialement conçu, naturellement refroidi réfrigérateurs, appelé Yakhchal (signifiant stockage de glace). Ce était un grand espace souterrain (jusqu'à 5000 m³) qui avait des murs épais (au moins deux mètres à la base) fabriqués à partir d'un mortier spécial appelé Sarooj, composée de sable, d'argile, les blancs d'œufs, de la chaux, poil de chèvre, et les cendres dans des proportions spécifiques, et qui est connu pour être résistant au transfert de chaleur. Ce mélange a été pensé pour être complètement l'eau impénétrable. L'espace a souvent accès à un Qanat, et souvent contenue un système de Windcatchers qui pourrait facilement apporter des températures à l'intérieur de l'espace à des niveaux glaciales en jours d'été. La glace a ensuite été utilisée pour refroidir des friandises pour la royauté pendant les jours chauds d'été.
Sportif
La glace joue également un rôle dans les sports d'hiver, dans de nombreux sports comme le patinage sur glace , Visite de patinage, le hockey sur glace , pêche sur la glace, l'escalade de glace, curling, ballon-balai et la course de traîneau sur bobsleigh, luge et squelette. Beaucoup de différents sports pratiqués sur la glace obtenir l'attention internationale tous les quatre ans lors des Jeux olympiques d'hiver .
Une sorte de voilier sur des lames donne lieu à voile sur glace. La quête humaine de l'excitation a même conduit à course sur glace, où les conducteurs doivent accélérer la glace sur le lac tout en contrôlant le patin de leur véhicule (semblable à certains égards à emballage de saleté de la piste). Le sport a même été modifié pour patinoires.
Transport
La glace peut également être un obstacle; pour ports près du pôles, étant libre de glace est un avantage important, idéalement toute l'année. Des exemples sont Mourmansk (Russie), Petsamo (Russie, anciennement Finlande) et Vardø (Norvège). Ports qui ne sont pas libres de glace sont ouverts à l'aide brise-glaces.
La formation de glace sur routes est dangereux d'hiver dangereux. La glace noire est très difficile à voir car il manque la surface givrée prévu. Chaque fois qu'il ya pluie verglaçante ou de la neige qui se produit à une température proche du point de fusion, il est fréquent que la glace se accumuler sur la vitres de véhicules. Conduire en toute sécurité exige le retrait de l'accumulation de glace. grattoirs de glace sont des outils conçus pour briser la glace libre et effacer les fenêtres, bien enlever la glace peut être un processus long et laborieux.
Assez loin en dessous du point de congélation, une fine couche de cristaux de glace peut se former sur la surface intérieure des fenêtres. Cela se produit habituellement quand un véhicule a été laissé seul après avoir été chassés pendant un certain temps, mais cela peut arriver pendant la conduite si la température extérieure est suffisamment faible. L'humidité de l'haleine du conducteur est la source d'eau pour les cristaux. Ce est gênant pour supprimer ce sous forme de glace, afin que les gens ouvrent souvent leurs fenêtres légèrement lorsque le véhicule est garé afin de laisser l'humidité se dissiper, et il est maintenant commun pour les voitures aient lunette arrière dégivreurs pour lutter contre le problème. Un problème similaire peut se produire dans les maisons, qui est une des raisons pourquoi beaucoup de régions plus froides exigent fenêtres à double vitrage pour l'isolation.
Lorsque la température extérieure reste en dessous de zéro pendant de longues périodes, couches très épaisses de glace peuvent se former sur les lacs et les autres étendues d'eau (bien des endroits avec de l'eau courante nécessitent des températures beaucoup plus froides). La glace peut devenir assez épaisse pour conduire sur des voitures et camions. Faire cela nécessite en toute sécurité une épaisseur d'au moins 30 cm (un pied).
Pour les navires, la glace présente deux risques distincts. Vaporiser et pluie verglaçante peut produire une accumulation de glace sur la superstructure d'un navire suffisante pour le rendre instable et de l'obliger à être piraté au large ou fondu avec des tuyaux de vapeur. Et icebergs - grandes masses de glace flottant dans l'eau (généralement créé lorsque les glaciers atteignent la mer) - peut être dangereux si frappé par un navire en cours de route. Icebergs ont été responsables pour le naufrage de plusieurs navires, un exemple notable étant le Titanic.
Pour les avions, la glace peut causer un certain nombre de dangers. Comme un avion monte, elle traverse des couches d'air de température et d'humidité différente, dont certains peuvent être propices à la formation de glace. Si les formes de glace sur les ailes ou des surfaces de contrôle, ce qui peut altérer les qualités de vol de l'avion. Pendant le premier vol de l'Atlantique, les aviateurs britanniques Captain non-stop John Alcock et le lieutenant Arthur Whitten Brown a rencontré de telles conditions de givrage - Brown a quitté le cockpit et a grimpé sur l'aile à plusieurs reprises pour enlever la glace qui couvrait les prises d'air du moteur de la Avions Vickers Vimy ils volaient.
Une vulnérabilité glace particulier associé à des moteurs à combustion interne alternatif est le carburateur. Comme l'air est aspiré à travers le carburateur dans le moteur la pression de l'air est abaissée, ce qui provoque le refroidissement adiabatique. Ainsi, dans des conditions humides close-à-congélation, le carburateur sera plus froid et ont tendance à geler. Ceci va bloquer l'alimentation en air du moteur, et l'amener à coup sûr. Des moteurs d'avions à pistons avec carburateurs sont fournis avec des radiateurs d'admission d'air du carburateur pour cette raison. L'utilisation croissante de injection de carburant qui ne nécessite pas de carburateurs a fait "cerise carb" moins un problème pour les moteurs à pistons.
Les moteurs à réaction ne éprouvent pas carb cerise, mais des données récentes indiquent qu'ils peuvent être ralentie, arrêtée, ou endommagés par le givrage intérieur dans certains types de conditions atmosphériques beaucoup plus facilement qu'on ne le croyait. Dans la plupart des cas, les moteurs peuvent être rapidement renouvelées et les vols ne sont pas en danger, mais la recherche continue pour déterminer les conditions exactes qui produisent ce type de givrage, et de trouver les meilleures méthodes pour prévenir ou inverser en vol.
D'autres utilisations
- Les ingénieurs ont utilisé pack de glace formidable force quand ils construits premier flottante de l'Antarctique quai de glace en 1973. Ces piliers de glace sont utilisées lors des opérations de fret à charger et décharger les navires. Le personnel des opérations de la flotte font la jetée flottante pendant l'hiver. Elles se appuient sur l'eau de mer naturelle congelé dans McMurdo Sound jusqu'à la station atteint une profondeur d'environ 22 pieds (6,7 m). piliers de glace ont une durée de vie de trois à cinq ans.
- La fabrication et l'utilisation de glaçons ou glace pilée est commun pour les boissons.
- Pagophagie, un type de trouble de l'alimentation pica, est la consommation compulsive de glace.
- Structures et sculptures de glace sont construits sur de gros morceaux de glace. Les structures sont essentiellement décorative (comme dans le cas avec châteaux de glace) et pas pratique pour l'habitation à long terme. hôtels de glace existent sur une base saisonnière dans quelques zones froides. Les igloos sont un autre exemple d'une structure temporaire, fabriqué principalement à partir de la neige.
- Pendant la Seconde Guerre mondiale, Projet Habacuc était un programme britannique qui a enquêté sur l'utilisation de pykrete (Les fibres de bois mélangés avec de la glace) comme matériau possible pour les navires de guerre, en particulier les porte-avions en raison de la facilité avec laquelle un grand pont pourrait être construit, mais l'idée a été abandonnée quand il n'y avait pas assez de fonds pour la construction d'un prototype.
- La glace peut être utilisé pour allumer un feu en taillant dans une lentille qui mettra l'accent sur la lumière du soleil embrasement. Quand on attend suffisamment longtemps, un incendie démarre.
- Dans le réchauffement climatique , la glace joue un rôle important car il reflète 90% du soleil les rayons. En outre, les carottes de glace permettent de fournir des informations climatiques historiques.
- En Janvier et Février 1658, le détroit entre les îles de Danemark , Grand Belt et Petit Belt gelé, permettant une armée suédoise Marche à travers des Belts et de vaincre l'armée danoise. La résultante Traité de Roskilde cédé de vastes zones de Danemark à la Suède .
À des pressions différentes
La plupart des liquides gèlent à une température plus élevée sous pression en raison de la pression contribue à maintenir les molécules ensemble. Cependant, la forte liaisons hydrogène dans l'eau rendent différente: l'eau gèle à une température inférieure à 0 ° C sous une pression supérieure à 1 atm. Par conséquent eau reste également congelés à une température supérieure à 0 ° C sous une pression inférieure à 1 atm. La fonte de la glace sous des pressions élevées est pensé pour contribuer au mouvement des glaciers . Glace formée à haute pression a une structure cristalline différente et la densité de la glace ordinaire. Glace, l'eau et la vapeur d'eau peut coexister au point triple, ce qui est exactement 273,16 K (par définition) à une pression de 611,73 Pa.
Phases
| Phase | Caractéristiques |
|---|---|
| Glace amorphe | Glace amorphe est une structure de cristaux de glace manquant. Glace amorphe existe sous trois formes: basse densité (LDA) formé à la pression atmosphérique, ou au-dessous, haute densité (HDA) et de la glace amorphe de très haute densité (VHDA), formant à des pressions supérieures. Formes LDA par refroidissement extrêmement rapide de l'eau liquide ("hyperquenched eau miroitant", HGW), en déposant la vapeur d'eau sur des substrats très froides («de l'eau solide amorphe", ASW) ou par chauffage formes à haute densité de la glace à la pression ambiante («LDA »). |
| Ice I h | Normale glace cristalline hexagonale. Pratiquement toute la glace dans la biosphère est de la glace I h, à la seule exception d'une petite quantité de glace que je c. |
| Ice I c | Un métastable variante cristalline cube de glace. Les atomes d'oxygène sont disposées dans une structure de diamant. Elle est produite à des températures entre 130 à 150 K , et est stable jusqu'à 200 K, quand il se transforme en glace I h. Il est parfois présente dans la haute atmosphère. |
| Ice II | Un forme cristalline rhomboédrique avec une structure très ordonnée. Formé à partir de la glace I h par compression à une température de 190 à 210 K. Lorsque chauffée, elle subit une transformation de la glace III. |
| Ice III | Un glace cristalline tétragonale, formé par l'eau de refroidissement à 250 K à 300 MPa. Moins dense des phases à haute pression. Plus dense que l'eau. |
| Ice IV | Une phase rhomboédrique métastable. Ne fait pas facilement sans un agent de nucléation. |
| Ice V | Un phase cristalline monoclinique. Formé par l'eau de refroidissement à 253 K à 500 MPa. Les plus complexe la structure de toutes les phases. |
| Ice VI | Une phase cristalline tétragonale. Formé par l'eau de refroidissement à 270 K à 1,1 GPa. Expositions Relaxation Debye. |
| Glace VII | Une phase cubique. Les positions des atomes d'hydrogène sont désordonnés, les spectacles de matériels Relaxation Debye. Les liaisons hydrogènes se forment deux réseaux interpénétrés. |
| Ice VIII | Une version plus ordonnée de glace VII, où les atomes d'hydrogène prennent des positions fixes. Formé à partir de la glace VII par refroidissement en dessous de 5 ° C. |
| Ice IX | Une phase métastable tétragonale. Formée progressivement à partir de la glace III par refroidissement de 208 K à 165 K, stable au-dessous de 140 K et des pressions comprises entre 200 et 400 MPa. Il a une densité de 1,16 g / cm³, légèrement plus élevé que la glace ordinaire. |
| Ice X | Proton-glace ordonné symétrique. Formulaires à environ 70 GPa. |
| Ice XI | Une orthorhombique forme d'équilibre à faible température de la glace hexagonale. C'est ferroélectrique. |
| Ice XII | Une phase dense métastable tétragonale cristallin. On observe dans l'espace de phase de la glace et de la glace V VI. Il peut être préparé en chauffant la glace amorphe de haute densité de 77 K à environ 183 K à 810 MPa. |
| Ice XIII | Une phase cristalline monoclinique. Formé par l'eau de refroidissement au-dessous de 130 K à 500 MPa. La forme de glace V. proton-commandé |
| Ice XIV | Une phase cristalline orthorhombique. Formée au-dessous de 118 K à 1,2 GPa. La forme de protons ordonné de glace XII. |
| Ice XV | La prédit mais pas encore prouvé forme de glace VI protons ordonnée. Pensé pour être formé par l'eau de refroidissement à environ 108 à 80 K à 1,1 GPa. |
