ЕГЭ
КАРТОЧКИ
ТЕСТЫ
Главная
Курсы
Куратор
Подписка
21. Молекулярная физика - электродинамика: качественная задача: #215707
В этом году зима была теплая и малоснежная. После нескольких небольших снегопадов в январе были длительные оттепели, сменявшиеся морозами, в феврале такая погода продолжилась, и пушистый снег постепенно превратился в жесткую массу, по которой можно было ходить, не проваливаясь. Опишите, основываясь на известных физических законах и закономерностях, процессы, происходившие в снегу и приведшие к его затвердеванию
$1)$ Свежевыпавший снег представляет собой рыхлую структуру состоящую из отдельных снежинок, между которыми находятся воздушные промежутки. Объемная плотность такого снега мала, связи между зернами льда слабы, поэтому он легко уплотняется при надавливании.
$2)$ Во время оттепели теплый воздух проникает в толщу снега и начинается плавление наружных слоев снежинок. При этом плавление требует большого количества теплоты, выражаемой формулой $$Q=\lambda m$$ где $\lambda$ — удельная теплота плавления льда, а $m$ — масса растаявшей воды. Из-за большой величины $\lambda$ при непродолжительной оттепели успевают расплавиться лишь поверхности и тонкие выступы кристаллов.
$3)$ Ночью, когда температура воздуха опускается ниже $0^\circ\mathrm{C},$ подтаявшая вода замерзает снова. В процессе оттаивания и последующего замерзания на контактах между зернами льда образуются тонкие ледяные мостики, которые связывают отдельные снежинки в единую жесткую каркасную структуру. Эти ледяные связки значительно повышают прочность и жесткость снега.
$4)$ Периодическое повторение циклов «оттепель — заморозки» приводит к постепенной перестройке структуры: из рыхлой пористой массы формируется сплошная, содержащая ледяные мостики и заполненные водой и льдом поры. Происходит уплотнение снега и переход к более высокой плотности и механической прочности — снег становится способным выдерживать вес человека.
$5)$ Дополнительные факторы, усиливающие процесс затвердевания: уплотнение от собственного веса и от воздействия ветра, повторное таяние в местах концентрации тепла (например, под лучами солнца) и рекристаллизация льда, в результате которой зерна льда могут укрупняться и лучше сцепляться друг с другом.
Ответ: превращение пушистого снега в жесткую массу объясняется фазовыми переходами воды при циклах оттаивания и замерзания, большими затратами теплоты на плавление $Q=\lambda m,$ образованием ледяных мостиков между кристаллами и уплотнением структуры снега, что приводит к увеличению его плотности и прочности.
20
