Регулирование

Не путать с понижением .

Классический эксперимент по регелированию ледяной глыбы при прохождении через нее натянутой проволоки.

Регеляция – это явление таяния льда под давлением и повторного замерзания при снижении давления. Это можно продемонстрировать, обмотав тонкую проволоку вокруг глыбы льда и прикрепив к ней тяжелый груз. Давление, оказываемое на лед, медленно плавит его локально, позволяя проволоке пройти через весь блок. Трек провода наполнится заново, как только давление будет снято, поэтому ледяной блок останется неповрежденным даже после того, как провод полностью пройдет сквозь него. Этот эксперимент возможен для льда при температуре -10 ° C или ниже, и, хотя он по существу верен, детали процесса прохождения проволоки через лед сложны. Это явление лучше всего работает с материалами с высокой теплопроводностью, такими как медь, поскольку скрытая теплота плавления с верхней стороны должна передаваться на нижнюю сторону, чтобы обеспечить скрытую теплоту плавления. Короче говоря, явление, при котором лед превращается в жидкость под действием приложенного давления, а затем снова превращается в лед после снятия давления, называется регелированием.

Регеляция была открыта Майклом Фарадеем . Это происходит только с такими веществами, как лед, которые обладают свойством расширяться при замерзании, поскольку температура плавления этих веществ снижается с увеличением внешнего давления. Температура плавления льда падает на 0,0072 ° С на каждую дополнительную атм приложенного давления. Например, давление в 500 атмосфер . для плавления льда при температуре −4 °C необходимо

Плавление поверхности

Кривая таяния льда

Молекулярная структура льда у поверхности

Для обычного кристаллического льда, температура плавления которого намного ниже его точки плавления, вблизи поверхности произойдет некоторая релаксация атомов. Моделирование льда вблизи точки его плавления показывает, что происходит значительное плавление поверхностных слоев, а не симметричная релаксация положений атомов. Ядерный магнитный резонанс доказал наличие слоя жидкости на поверхности льда. В 1998 году с помощью атомно-силовой микроскопии Астрид Дёппеншмидт и Ханс-Юрген Батт измерили толщину жидкоподобного слоя на льду и составила примерно 32 нм при -1 °C и 11 нм при -10 °C.

Поверхностное плавление может объясняться следующим:

• Низкий коэффициент трения льда, который испытывают фигуристы.
• Легкость уплотнения льда
• Высокая адгезия ледяных поверхностей

Примеры регелирования

Ледник может оказывать достаточное давление на свою нижнюю поверхность , чтобы снизить температуру плавления льда. Таяние льда у подножия ледника позволяет ему перемещаться с более высокой точки на более низкую. Жидкая вода может вытекать из подножия ледника на более низких высотах, когда температура воздуха выше точки замерзания воды.

Заблуждения

По крайней мере, одна статья 1992 года предполагает, что приписывать регелирование катанию на коньках — это несколько ошибочное мнение . Проблема согласования (большой) величины градиента pV вода-лед над границей тройной точки с величинами преобладающей температуры и давления в случае катания на коньках в равной степени применима и в контексте классического лабораторного эксперимента с медным электродом. проволока, прорезающая ледяную глыбу толщиной 10 см, скажем, проволокой диаметром 28 дюймов. Заблуждение заключается не в том, что эти наблюдения не являются регеляцией, а в том, что регеляцию можно объяснить (исключительно) с точки зрения величины градиента pV выше тройной точки. Происходит гораздо больше. Регеляция носит эмпирический характер: это такое же явление, каким было, например, броуновское движение до, во время и, возможно, даже после того, как Эйнштейн его смоделировал. Это явление настолько широко наблюдалось и описывалось, что мы обобщаем его описание с точки зрения давления, вызывающего повышенное плавление поверхности. Признание этого явления во всех упомянутых контекстах не подлежит сомнению. Автомобильные шины работают на снегу, даже несмотря на повышенное таяние поверхности, поскольку их протектор позволяет высвобождать воду.

Катание на коньках приведено как пример регелирования; однако необходимое давление намного превышает вес фигуриста. Кроме того, регеляция не объясняет, как можно кататься на коньках при минусовой (0°C) температуре.

Уплотнение и создание снежков – еще один пример из старых текстов. Здесь необходимое давление намного превышает давление, которое можно приложить вручную. Противоположный пример: автомобили не растапливают снег , наезжая на него.

См. также

• Предплавление