Tinh thể tuyết

32

PHÒNG THÍ NGHIỆM “QUANTA”

TUYẾT
TINH THỂ

A. S. Varpakhovsky, A. N. Vilenkin

Những bức ảnh và hình vẽ về cây con có thể được tìm thấy trong nhiều sách giáo khoa vật lý ở những chương nói về tính đối xứng. Nhưng cho đến gần đây, đây vẫn là giới hạn trong sự quan tâm của các nhà khoa học đối với tinh thể bồ hóng. Nghiên cứu nghiêm túc về quá trình tạo mầm, sự phát triển và cấu trúc của tinh thể bồ hóng đã bắt đầu cách đây không lâu. Sự quan tâm đến tinh thể sozh chủ yếu gắn liền với việc nghiên cứu sự hình thành của jedya và các hiện tượng bắt nguồn từ khu vực này. Hóa ra hầu hết các giọt djedeva đều bắt đầu cuộc sống của chúng dưới dạng tinh thể bồ hóng, taloshes, trước khi chúng rơi xuống đất. Tuy nhiên, chỉ có những đám mây ti ở độ cao lớn và lạnh mới được tạo thành từ các tinh thể băng. Về cơ bản, mây là tập hợp những giọt nước nhỏ lơ lửng trong không khí giống như các hạt khói. Trong nhiều năm, người ta vẫn chưa biết làm thế nào những giọt nước này lớn đến kích thước cần thiết để rơi xuống đất. Một điều bí ẩn nữa là thường những giọt nước này “không chịu” đóng băng, mặc dù nhiệt độ của đám mây thấp hơn nhiều so với điểm đóng băng thông thường của nước, tức là dưới 0 ° C.

Bây giờ chúng ta biết rằng một đám mây siêu lạnh vẫn ổn định cho đến khi nó chứa ít nhất một số lượng nhỏ các tinh thể băng nhỏ có nguồn gốc từ các hạt bụi trái đất. Các phân tử nước rơi trên tinh thể băng sẽ tạo thành liên kết bền chặt với nó, khá khó phá vỡ. Các phân tử nước ngưng tụ thành giọt tương đối dễ bị xé ra - nhiệt bay hơi nhỏ hơn năng lượng cần thiết để tách phân tử nước khỏi tinh thể băng. Do đó, đám mây bao gồm các giọt nước và tinh thể băng, và các tinh thể băng phát triển nhanh hơn nhiều so với giọt nước. Hơn nữa, do sự phát triển của các tinh thể băng nên độ ẩm của không khí xung quanh giảm đi. Điều này khiến các giọt nước dần dần bốc hơi và biến mất. Đồng thời, các tinh thể băng phát triển đến kích thước đủ lớn để chúng có thể rơi xuống đất. Khi rơi xuống, một số tinh thể có thể hợp nhất lại, tạo thành cây con.

Mặc dù tinh thể bồ hóng rất đa dạng nhưng chúng có thể được phân loại theo hình dạng cơ bản của chúng; cột nhận dạng hình lục giác

34

dao động từ - 5°C đến 0°C, bạn có thể tìm thấy các tinh thể ở dạng tấm lục giác, lăng kính ngắn và những ngôi sao đẹp ấn tượng với đường kính khoảng vài mm. Những ngôi sao này là cơ sở của những bông tuyết. Ở nhiệt độ dưới 0 độ, các tinh thể kết hợp với nhau tạo thành những bông tuyết.

Tất cả điều này cho thấy hình dạng của tinh thể được xác định chủ yếu bởi nhiệt độ mà chúng phát triển. Điều này đã được xác nhận bằng các thí nghiệm phát triển tinh thể băng trong phòng thí nghiệm. Tinh thể băng được nuôi trong một buồng đặc biệt, trong đó nhiệt độ và lượng hơi nước được kiểm soát chặt chẽ. Một sợi chỉ mỏng được dùng làm hạt giống. Nhiệt độ trong buồng khác nhau ở các khu vực khác nhau dọc theo sợi chỉ. Hình 3 cho thấy một bức ảnh của một phần sợi chỉ mọc đầy tinh thể. Kích thước của khu vực này là khoảng 6 cm. Nhiệt độ trong buồng được chỉ định ở bên phải trong hình. Ở phần trên của sợi chỉ, chủ yếu là các tấm lục giác nhỏ được trồng. Bên dưới là các tấm lục giác, các ngôi sao phân nhánh và một lần nữa là các tấm lục giác. Ở nhiệt độ dưới -25° C, các đặc điểm hình lục giác lại được hình thành.

Kinh nghiệm đã chỉ ra rằng nhiệt độ quyết định hình dạng của tinh thể. Lượng hơi nước ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng. Tuy nhiên, bản chất chính xác của sự phát triển của tinh thể tuyết vẫn chưa rõ ràng.

Thật thú vị khi nghiên cứu sự phát triển của tinh thể tuyết trên trái đất. Thường vào mùa đông, khi nhiệt độ giảm mạnh, cành cây và tường nhà bị bao phủ bởi sương giá. Những đám mây nơi bông tuyết hình thành rất khó tiếp cận. Băng giá có thể dễ dàng đạt được và có thể quan sát được trong quá trình hình thành của nó. Sương giá thường xuất hiện trên những đồ vật có khả năng tỏa nhiệt cao và độ dẫn nhiệt thấp. Khi giải quyết