Каждую зиму можно наблюдать на окнах великолепные узоры, которые нарисовал мороз. Они очень разнообразны и замысловаты, таинственны и просто великолепны.
Как образуются ледяные узоры на стекле?
Воздух в помещении гораздо теплее, чем на улице, да и влажность ниже. Но вблизи стекла иной раз температура может быть ниже точки росы, то есть значения, когда пар начинает конденсироваться в росу. Образуются маленькие кристаллы льда и на окне появляются ледяные рисунки.
Почему ледяные узоры всегда разные?
Потому что изменчивы условия внутри комнаты и на улице: температура, влажность, давление, скорость ветра. Даже толщина стекла, и его чистота играют роль.
Сначала морозные узоры образуются по поверхности стекла, а когда их толщина станет настолько большой, что вывод тепла наружу замедляется, то ледяные узоры начинают расти в толщину.
«Растительные» узоры появляются при высокой влажности и постепенном понижении температуры. Сначала стекло становится мокрым, а затем влага замерзает, образуя причудливые «заросли». Процесс начинается с нижней части стекла, поскольку там собирается больше воды. Да и рисунок там более крупный, а к верху он становится более мелким.
Если процесс охлаждения был быстрым, и влага не успела стечь вниз стекла, то «древесный» рисунок по всему окну будет одинакового размера.
Оконные стекла не могут быть идеально ровными и гладкими, на них почти всегда есть мелкие дефекты и царапины. Они-то и способствуют образованию другого морозного рисунка. Сначала кристаллики льда возникают вдоль царапины, образуя полоску, а затем от нее начинают ответвляться изогнутые стебли.
Раз морозные узоры на окне появляются при соблюдении некоторых условий, значит, если изменить их, то стекла останутся чистыми. Понизьте влажность воздуха или не допускайте сильного охлаждения стекла (сделать хорошую теплоизоляцию окна) и Мороз ничего не нарисует на вашем окне.
Человеку всегда важно знать, какая будет погода, поскольку она влияет на его деятельность и самочувствие. Наблюдая природу в ненастье и в солнечный день, в сумерки и ночью, люди отмечали характерные признаки, предваряющие те или иные изменения погоды. Так появились многочисленные приметы – свидетельства народной мудрости, многие из которых основаны на простом снежном узоре.
Красив снежный узор на окнах в блеске утреннего солнца и в густой синеве зимних сумерек, когда рано утром встаешь с постели, потягиваешься, подходишь к окну… И вот, О, ЧУДО!!! На окне опять волшебство. Да, да. Не удивляйтесь. Самое настоящее волшебство: сказочные деревья, чарующий лес, необыкновенные цветы. Это так притягательно красиво, необыкновенно и загадочно, что мне всегда интересно узнать: почему мороз рисует на окнах снежные узоры? Можно ли по узору предсказывать погоду? Какие волшебные превращения образуются на стекле и зависят ли они от температуры воздуха?
Оказывается, водой! Прозрачным водяным паром, который всегда есть в воздухе. Есть он и в комнате. И между двойными рамами окон – всюду! Теплые пары воды оседают на холодных стёклах окон и превращаются в кристаллы льда, так же как снежинки в небесной вышине. Таких кристалликов много, они соединяются друг с другом. Для того чтобы началась кристаллизация, первым ледяным кристалликам нужно на чём-то осесть. На ещё не замерзшем окне первые кристаллики появляются, прежде всего, в тех местах, где на стекле есть царапины, грязь. Порой на совершенно не замерзшем стекле мороз нанижет гирлянду снежинок вдоль едва заметной царапины. Иногда стекло кажется чисто вытертым, а мороз нарисует на нём узоры, проявляющие следы салфетки, которой протирали окно.
Первые кристаллики льда на стекле - это всегда шестилучевые звёздочки или шестигранные стебельки. Но, увеличиваясь, разрастаясь, они встречаются друг с другом, давят друг на друга, сгибаются, искривляются. И появляются узоры.
Чем сильнее мороз на улице, тем больше кристаллов-льдинок образуется и
цепляется к царапинам и пылинкам на стекле.
При росте кристаллов, особенно если рост идёт очень быстро, часто образуются так называемые скелетные формы и ветвистые кристаллы, или дендриты. Примерами дендритных кристаллов и являются ледяные узоры на стекле и снежинки.
Среди снежинок встречаются «пластинки», «пирамиды», «столбики», «иглы», «стрелы», простые или сложные «звездочки» с сильно разветвлёнными лучами.
Каждая из них - единственная в своём роде. Но при этом все они имеют шесть граней и одну ось симметрии
Пространственная решётка кристаллов льда.
Шарики изображают атомы кислорода; положения атомов водорода
не показаны. Первым эту особенность снежинок отметил немецкий астроном Иоган Кеплер.
Учёные установили, что форма снежного кристалла повторяет молекулярную структуру льда – его кристаллическая решётка как раз состоит из шестиугольников.
Получается, что внутреннее строение снежного кристалла определяет его внешний облик.
Первые систематические исследования снежных кристаллов предпринял в 30-х годах XX века японец Укихиро Накайя. Он выделил 41 тип снежинок, составил первую классификацию и выяснил, что величина и форма образующихся кристаллов льда зависит от температуры и влажности.
На стекле замёрзшего окна легко увидеть, как возникают, растут и постепенно меняют свою форму кристаллы льда. Сначала морозные рисунки начинают появляться в нижней части окна. Как правило, здесь скапливается большое количество воды, а затем морозные кристаллы постепенно поднимаются вверх.
Можно расчистить в непрозрачном слое льда, затянувшего окно, круглый «глазок», подышав на замёрзшее стекло или приложив к нему палец. Если перестать греть глазок, то он опять затянется слоем льда, так же как замерзает прорубь на реке от холодного дыхания мороза.
Если понаблюдать внимательнее за тем, как закрывается глазок, можно увидеть: сначала от его краёв к середине вытягиваются тонкие иголочки – нежный, еле видимый узор. От этих иголочек в стороны ответвляются новые иголочки, перышки, звёздочки. Вот уже весь глазок покрыт ими, как тончайшим кружевом, а от краёв глазка растёт новый слой иголочек и звёздочек, закрывая первое плетение, - отдельные веточки соединяются, сливаясь в сплошной слой. Так происходит рост кристаллов льда.
Новые кристаллы всегда начинают расти от краёв глазка, от слоев льда, которые не растаяли. Этому есть простое и понятное объяснение: пристроиться к уже готовой кристаллической решётке частицам воды легче, чем начинать строить новую решётку.
Снежный кристалл часто растёт как фрактал, образуя сложную нерегулярную структуру, части которой подобны целому.
В природе фракталы можно увидеть повсюду – в очертаниях гор, рек, морских берегов, деревьев, сосудистой системы…И в морозных узорах на окнах!
Фракталы – множества с крайне нерегулярной разветвлённой и изрезанной структурой. Термин введён Б. Мандельбортом в 1975 году, хотя подобные объекты изучались в математике с конца XIX века. Основной характеристикой фрактала является дробная размерность.
Когда воздух охлаждается, содержание влаги в нём уменьшается, избыток воды конденсируется на оконном стекле. Когда температура воздуха опускается ниже 0ºС, вода кристаллизуется.
Почему же в мороз появляются рисунки на оконном стекле? С одной стороны, сами кристаллики имеют свою структуру, которая определяет рисунок. Кроме того, царапины на поверхности стекла, частички пыли, воздушные потоки помогают Деду Морозу создавать красивые узоры на окнах.
Людмила Полюхова
Конспект занятия «Откуда на окнах берутся морозные узоры»
Откуда на окнах берутся морозные узоры
Цели занятия :
Обогатить познавательный уровень детей в области природных явлений; - формировать в детях умение наблюдать – видеть в обычном необычное; вызвать у детей интерес к зимним явлениям природы; - - воспитывать у детей любовь к природе родного края; к художественному слову (стихи, загадки, приметы) ;
Развивать зрительную наблюдательность, способность замечать необычное в окружающем мире;
Развивать воображение.
Ход занятия
Ребята, сегодня я вам расскажу сказку о Зиме, но не простую, а волшебную. Она очень любит делать чудеса. Жила маленькая Капелька на большом белом облаке. Жила она одна и скучно ей было. Захотела Капелька посмотреть, а что там за облаком. Решила она спрыгнуть из облака. Только она полетела вниз, как вдруг превратилась в красивую Снежинку.
Ребята, подскажите, почему же Капелька превратилась в Снежинку? (ответы детей) . Давайте вспомним, что же происходит с водой зимой? (ответы детей) .
А теперь послушайте стихотворение и скажите, о чем я сегодня вам расскажу.
Я сегодня поутру не смогла Оторвать свои глаза от стекла.
Вот опять мне свой сюрприз приподнёс
Этот сказочный художник Мороз . Предо мной предстало чудо явление -
Художника морозного плод творения
Он не просто там что - то малюет,
А он сказку на окне рисует.
О чём я сегодня вам расскажу? (ответы детей) . Ребята я предлагаю вам посмотреть, какие бывают узоры (просмотр презентации «Морозные узоры на окне » ).
Каждую зиму у нас на окнах происходят чудеса , появляются невероятной красоты узоры ! Всегда было интересно, откуда они появляются , и кто их рисует?
Чудесные картины, которые появляются, могут напоминать то пальмовые леса, то гирлянды цветов, то ветви елей. Как же появляются эти причудливые морозные узоры на окнах ?
Ребята, а как вы думаете, как Мороз эти узоры рисует ?
(Мнения детей : Дует на стекла холодом, по волшебству, бросает на окна снежинки , и они приклеиваются к окошку.)
На самом деле от холодного, морозного воздуха капельки воды, которые присутствуют в воздухе, оседают на холодном стекле, замерзают и превращаются в льдинки, похожие на тончайшие иголочки, которые расходятся в разные стороны по стеклу. За холодную ночь их образуется много-много, они как бы нарастают друг на
друга. И в итоге получаются разные узоры и рисунки , в которых можно даже увидеть очертания знакомых предметов. Вот, оказывается, как образуются морозные узоры , а художником здесь, без сомнений, является Мороз . Получается такая красота, что ни в сказке сказать, ни пером описать. Кстати, в Германии морозные узоры на стекле так и называют – «ледяные цветы» .
Узоры бывают разные : одни образуются в нижней части окна , другие – в виде узких полосок инея, которые будут являться стеблем растения.
Одна девочка решила понаблюдать за тем, как образуются морозные узоры . «Настало морозное утро . Проснувшись, я посмотрела в окно. На стекле причудливо сверкали на солнце ледяные узоры , которые нарисовал на окне мороз . Трудно поверить, что все это нарисовано без помощи человеческих рук. Особенно красиво, когда на окно падает солнечный луч, тогда вся картинка сверкает. Наблюдая за снежными узорами , я заметила, что они цветные : то голубые в пасмурную погоду, то желтые на солнце, то розовые и лиловые – на закате. В вечернее время, когда за окном становится совсем темно и стекло выглядит черным, морозные узоры сверкают , как звезды.
Интересные узоры я наблюдала и на окнах папиной машины . Стекло как бы покрывается шубой из ледяных иголок. Едем, стекла заморожены , папе не нравится, а мне красивейшая картина рисуется на стекле».
На всех ли окнах появляются морозные узоры ? Оказывается, нет. Узоры не появляются на окне, если открыта форточка. При качественной заделке стёкол, узоры на стекле не появляются, т. к. нет перепада температур. Узоры на стекле недолговечны – начинает пригревать солнышко, и морозные узоры становятся менее четкими, расплываются и стекают струйками воды вниз по стеклу. Они исчезают безвозвратно.
Про морозные узоры есть приметы , загадки и стихи. Давным-давно по
морозным узорам люди определяли погоду :
Если веточки узоров направлены вниз погода будет снежной и пасмурной;
Если вверх – ясной и солнечной (показ иллюстраций морозных узоров ) .
Отгадайте загадки :
Побелело за ночь всюду, Дунул ветер, и мороз
А у нас в квартире чудо! Снег нам с севера принёс.
За окошком двор исчез. Только вот с тех самых пор
Там волшебный вырос лес! На стекле моём.
Стихотворение :
Не дождавшись тепла,
Среди зимнего дня,
Распустились цветы,
На окне у меня.
Подошла я к цветам,
Стала мокрой щека,
Оттого что окна
Я коснулась слегка.
Подошла я к цветам,
Но не пахли они.
Для чего ж они выросли,
В зимние дни?
А ведь морозные узоры можно нарисовать самим, для этого даже продаются специальные краски и предлагаются другие варианты разрисовывать стекло (зубной пастой, белой гуашью или искусственным снегом) . Но никто из людей не сможет сделать так затейливо, так волшебно, как это умеет делать природа (или Дед Мороз ) .
Ребята, что интересного сегодня вы узнали? Что понравилось больше всего? Какие приметы вы запомнили? Расскажите о них своим родителям.
У зимы много символов, которые при одном взгляде на них напоминают нам ясные холодные деньки, солнце, искрящееся на сугробах, залихватские игры и забавы на свежем морозном воздухе, а ещё ледяные узоры на стекле .
Каких только шедевров не увидишь на внутренней поверхности окна, когда на улице мороз! Люди с развитым воображением, да и простые наблюдатели, видят зимние расписные пейзажи и орнаменты, которые могут покрывать всю поверхность стекла или вкрадываться с уголков, обрамляя вид из окна. Тут и еловые ветви, и снежные равнины, и заросли папоротника, и сосновые леса, и чего только еще не привидится завороженному зрителю зимнего узорного творения.
На самом деле, вся эта красотища - естественное проявление физических явлений. Основной участник процесса - вода, известное всем сочетание двух элементов, водорода и кислорода (Н 2 О), которая знаменита тем, что может принимать три своих ипостаси: твердое, жидкое и газообразное, в пределах внешней среды с незначительным, в общехимическом понятии, изменением температуры от 0 до 100 градусов.
.jpg)
Когда в воздухе присутствует влажность, а температура опускается ниже нуля, влага постепенно конденсируется на охлажденных плоскостях. Сразу вспоминается, как в жару призывно потеют всевозможные бутылочки, охлаждаемые в холодильниках. Когда температура выше 0, водяной пар перевоплощается в жидкость, а вот когда ниже, пропуская жидкое состояние, становится льдом, точнее крохотными его кристаллами. Когда в помещении тепло, любая влага, оказавшаяся вблизи оконного стекла, за которым студено, превращается в микроледышки, попадая на выстуженную поверхность. С этим все понятно, но откуда же такие неповторимые и разнообразные узоры?
Каждое стекло не идеально чисто: оно хранит частички пыли, мелкие царапинки, отпечатки прикосновений, всевозможные «следы» воздействия окружающей среды. Влага, которая попадает на стекло, тоже не является дистиллированной. Поэтому правильные кристаллы льда с шестью гранями, которые образуются в лабораториях, на стеклах появиться не могут. Кристаллики нарастают по краям микротрещин поверхности, вокруг пылинок и других включений. Пленка влаги, даже совсем тонкая, по законам физики стремится вниз, поэтому в нижней части стекла ледяные образования всегда плотнее, а вверху - более ажурные и узорные. Имеет значение и направление воздушных потоков у стеклянной поверхности. Пока воды не слишком много, завитушки более тонкие и нежные, при увеличении количества влаги, осевшей на стекле, кристаллы начинают нарастать не только на плоскости, но и в объеме, закрывая узор плотной белой пеленой.
Некоторым ученным даже пришла в голову мысль, что все мироздания природы подчиняется идентичным законам, т.е. то, как образуются химические кристаллы, по тем же принципам образуются и выстраиваются клетки живых организмов. Именно поэтому, некоторые настекольные узоры напоминают первозданные тропические леса. Ну что ж, ученным нельзя без полета фантазии, ведь это служило началом многим открытиям.
Остается только с некоторой грустью заметить, что современные стеклопакеты, которые гордятся своим постоянством температур, уже не дают возможности насладиться художественной росписью мороза. А ведь поговаривают, что наши знаменитые кружевницы из Вологды и Костромы брали сюжеты для своих необычайных кружев тонкой работы, поглядывая зимой на замерзшее окошко…
Уверен, у него и поважнее дела найдутся! Итак, мечтатели-романтики удаляются на , а хладнокровным всезнайкам я расскажу, откуда берутся лисички на окнах... А еще открою секрет, как их изготовить самостоятельно!
Кто зимой разрисовывает окна серебром?
Каких только прелестей не использует зима! Узоры на окнах, пожалуй, одни из самых впечатляющих. Однако морозные картины на стекле - это практически то же, что и иней на траве и деревьях. Во всяком случае, принцип их образования одинаков.
Воздух в зависимости от своей температуры, может содержать определенное количество воды в виде водяного пара. Поглощение воды воздухом уменьшается с понижением температуры.
Иными словами, когда становится холодно, влажность воздуха уменьшается. Поэтому избыток пара, содержащегося в нем, оседает на холодных поверхностях, то есть конденсируется.
«Но тогда образуются капельки воды или выпадет роса», - можешь справедливо заметить Ты и будешь абсолютно прав.
При плюсовой температуре, да! Иней или серебряные узоры на стеклах возникают, только когда влажный воздух охлаждается до температуры 0 °С и ниже.
Именно тогда водяной пар, словно по мановению волшебной палочки, из газообразного состояния преобразовывается сразу в твердый , минуя жидкое состояние и превращаясь в маленькие кристаллики льда. Этот процесс называется десублимацией .
Объясняя Тебе это явление, вспомнил интересную зимнюю загадку. Видимо, ее авторс физикой бы на ты. Сумеешь отгадать?
- Капелька! Стынь, охлаждайся, расти.
За ночь построй ледяные мосты.
Откуда берутся узоры причудливых форм?
Как образуются зимние цветы на окнах, разобрались. Смело похвали себя! Но как обычным ледовым кристалликам удается создавать столь причудливые рисунки?
Виной всему - царапины и неровности стеклянных поверхностей . Именно на них прежде всего оседают кристаллики: рядом друг с другом, сверху в несколько этажей или по бокам - как придется. Вот так обычный лед превращается в филигранные узоры. Странности им придают и пыль , осевшая на стекле, и разнообразные воздушные потоки (сквозняки, ветер). Вот почему каждый узор такой необычный и уникальный.
Интересно и то, что разная минусовая температура по-разному влияет на формирование кристалликов. Если термометр показывает чуть ниже 0 °С, кристаллы льда имеют форму призмы-шестиугольника. При небольших морозах (до ─15 °С) они похожи на прямоугольные пластины. Если же на улице разгуляются холода, кристаллический лед будет напоминать иголочки с тупыми концами.
Какие бывают виды морозных узоров?
Разнообразие морозных лисичек поражает, однако чаще всего стекла наших окон сияют древовидными структурами - дендритами или волокнистыми образованиями - трихитамы .
Если стекло начало остывать еще при плюсовой температуре и высокой влажности воздуха, то водяная пленка, образовавшаяся на нем, будет кристаллизоваться в форме дендритов. Неудивительно, что самые красивые и пушистые узоры возникают внизу окна, ведь там традиционно накапливается много воды.
Трихиты же образуются в местах царапин и шероховатости стекла. Поначалу возникают разнообразные (часто параллельные) кристаллические полоски, а с последующим охлаждением от основных полос начинает отходить множество изогнутых волокон. Вследствие снижения температуры трихиты превращаются в плотные ледовые волокна.
Делаем иней в домашних условиях
Превратить кухню в домашнюю фабрику инея? Запросто!
Тебе понадобятся:
- каменная соль,
- большая жестяная банка,
- раскрошенный кусок льда.
Все просто! Положи в банку два стакана ледяной крошки. Сверху насыпь стакан соли. Опять добавь два стакана растолченного льда и стакан соли. Теперь жди. Пройдет немного времени, и крошечные капельки воды, содержащиеся в воздухе, покроют внешние стенки банки, превратившись в кружево из ледяных кристаллов. И тогда весь сосуд оденет тоненькую шубку из инея. Фантастика!
Как избавиться от морозных рисунков на окнах?
Если Ты захочешь избавиться от надоедливых морозных узоров, я Тебя прекрасно пойму. Пожалуй, каждому знакома ситуация: едешь в маршрутке, а вместо нужной остановки - только серебристые ковры в окнах. Неудобно! В таком случае стекло обрабатывают специальными химическими растворами. А в помещениях - усиливают теплоизоляцию и размещают вблизи емкости с солью.
Чтобы Твои окна не затеняли морозные рисунки, соблюдай простые правила:
- регулярно проветривай дом;
- не загромождай подоконник ненужными предметами;
- помни о качественном и регулярном отоплении (теплый воздух сможет вместить больше влаги);
- перед заморозками протри стекла окон водным раствором нашатырного спирта (это лучше доверить маме).
