Морозные узоры на оконных стеклах - это, по сути, то же самое, что и иней, который образуется на земле и на ветвях деревьев. Механизм образования инея и этих узоров одинаков.
Если воздух охлаждается, то в нем снижается содержание влаги. Морозные узоры на стекле и иголки инея образуются в том случае, если влажный воздух охлаждается до точки замерзания воды, то есть до 0°С. При этой температуре происходит конденсация избытка влаги, содержащегося во влажном воздухе, на холодных поверхностях. При этом вода кристаллизуется, то есть превращается в мельчайшие кристаллики льда. Таким образом, вода, содержащаяся во влажном воздухе, при 0°С переходит из газообразного состояния в твердое (кристаллическое), минуя жидкую фазу.
Почему же кристаллики льда образуют такие причудливые формы? Виной тому неровности и царапинки на поверхности стекла. На них ледяные кристаллики образуются в первую очередь. Кристаллики осаждаются один за другим, друг на друга - и получаются удивительные неповторимые узоры. Помимо неровностей стекла, в "рисовании" узоров участвуют частички пыли на поверхности стекла и воздушные потоки.
Среди разнообразия морозных узоров наиболее часто можно встретить древовидные структуры - их называют дендритами и волокнистые формы - трихиты.
Дендриты образуются, если влажность воздуха повышена, а охлаждение стекла началось еще при положительной температуре и продолжалось при дальнейшем понижении температуры. В этом случае на стекле сначала образуется водяная пленка, которая при замерзании кристаллизуются в виде дендритов. Чаще всего этот процесс начинается в нижней части стекла, потому что там под воздействием силы тяжести скапливается больше воды. Именно поэтому в нижней части оконных стекол дендриты обычно более крупные, а чем выше, тем ледяные "веточки" тоньше и мельче. Если же стекло увлажняется при охлаждении равномерно, то есть покрывается более-менее ровной пленкой воды, то "ветки" дендритов примерно одинаковы по величине по всей поверхности стекла.
Если на стекле есть царапины, то на их острых краях образуется второй вид узоров - трихиты. Сначала образуются узкие параллельные кристаллические полоски. При дальнейшем охлаждении "вырисовываются" волокна, отходящие от основного "стебля". Чаще всего и "стебель" и "волокна", отходящие от него, не прямые, а слегка изогнуты.
Можно ли сделать так, чтобы морозные узоры не появлялись на оконных стеклах зимой? Можно!
Мы уже говорили о том, что непременным условием образования морозных узоров является повышенное содержание влаги в воздухе и холодное стекло. Если исключить любой из этих факторов, Дед Мороз не сможет украшать оконные стекла своими картинами.
Так, например, можно уменьшить влажность воздуха у поверхности стекла, тогда конденсации воды на нем происходить не будет. Для этого можно поставить между оконными стеклами стакан с концентрированной серной кислотой - известно, что она хорошо поглощает влагу из воздуха.
Второй путь - не допустить, чтобы стекло сильно охлаждалось. Делают это путем тщательной теплоизоляции внешнего оконного стекла в местах его соприкосновения с рамой.
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.
Символом зимы в прошлые века являлись не только лютые морозы и снежные сугробы, но и ледяные узоры на окнах, которые по старинному поверью рисует сам Дед Мороз. Ледяные кристаллы образуют на стекле в неповторимые картины, в которых можно разглядеть лесную чащу, необычных животных, сказочные деревья и цветы, море, звезды. Чтобы на окнах расцвели ледяные сады, необходимо, чтобы воздух в помещении был влажным, а за окном была минусовая температура.
Почему на окне появляются морозные узоры
Все помнят притчу о том, что морозные узоры на окне рисует Дед Мороз. Он незаметно подкрадывается ночью к окну и выводит на нем тонкой ледяной кисточкой неповторимые морозные картины. На самом деле все гораздо прозаичнее. Если в помещении влажный воздух, а на улице температура от нуля градусов Цельсия и ниже, то лишняя влага конденсируется на холодной поверхности оконного стекла. Здесь водяной пар охлаждается и переходит из парообразного состояния в твердое, образуя тонкие кристаллы.
Любое идеальное с виду имеет микроскопические зазубрины и царапины. Влага, которая оседает на поверхности стекла, кристаллизуется прежде всего на этих мельчайших дефектах, и только потом к первым кристаллам цепляются новые и новые, формируя узоры. Порой для появления ледяных узоров достаточно пылинок, которыми усеяна поверхность стекла, или разводов, которые остаются после мытья окон. А еще появлению узоров способствуют сквозняки и воздушные потоки. По способу образования морозные узоры делятся на два вида: дендриты – ветвистые узоры, которые напоминают деревья, и трихиты, которые больше похожи на звезды.
Почему на пластиковых окнах нет узоров?
Узоры на окнах морозной зимой появляются когда на поверхности холодного стекла конденсируются пары воды из воздуха и далее кристаллизуются, образуя лёд. Другими словами, стекло и слой прилегающего воздуха должны быть достаточно холодными. У пластиковых окон термоизоляционные свойства лучше, чем у деревянных окон, поэтому температура стекла с внутренней стороны выше. Следовательно, конденсация с кристаллизацией протекают хуже. Проще говоря – старые деревянные окна «дышат» и холод поступает в квартиры, и от перепада температур образуются узоры.
Старые деревянные окна - это двойные рамы, в которые вставлены одинарные стёкла без стелопакетов. Рамы не герметичные, между ними (и значит, между стёклами) - обычный комнатный воздух, на холодном стекле идут процессы конденсации влаги и кристаллизации. А в окнах ПВХ используют - два или три стекла, герметично проклеенных. Между стёклами стеклопакета не влажный комнатный воздух, а сухой, очищенный от пыли и влаги или инертный газ. Вот и получается, что на самом холодном наружном стекле конденсироваться нечему - в камере стеклопакета нет влаги, а на внутреннем стекле узоры не образуются, так как оно слишком тёплое.
Есть и другая причина: старые деревянные окна, как правило «грязнее» окон ПВХ, то есть на поверхности таких стёкол больше пыли, а именно на частицах пыли кристаллизуется вода.
Если ледяные узоры появились на окнах ПВХ - это означает, что окна установлены не совсем правильно, недостаточно уплотнены специальной резинкой, стеклопакет не герметичен... Обращайтесь в
Пейзаж тропического лета Рисует стужа на окне Зачем ей розы? Видно это Зима тоскует о весне. (Д.Кедрин)
Тема проекта: «Почему на окнах зимой появляются морозные узоры?»
Цель исследования: выяснить, почему зимой на окнах часто появляются причудливые морозные узоры.
Задачи: изучить литературу и отобрать интересные сведения, о том, как появляются морозные узоры на окнах; выяснить, почему морозные узоры бывают разные по форме; наблюдать за появлением и исчезновением морозных узоров на окнах; сделать выводы и обобщить результат наблюдений.
Гипотеза: предположим, что по форме снежных узоров можно предсказывать погоду.
Как появляются снежные узоры на окнах?
Зимой воздух около оконных стекол сильно охлаждается и часть водяных паров из него оседают на холодные стекла в виде кристалликов льда. Затем эти кристаллики начинают ветвиться и разрастаться, «рисуя» на стекле снежные (морозные) узоры.
Для того чтобы началась кристаллизация, первым ледяным кристалликам нужно на чем-то осесть. Пусть это будет пылинка. Или след от тряпки, которой протирали окна.
Дата наблюдения Время наблюдения Температура воздуха Что интересного наблюдал 01.01.2016 10.00 -12 0 На веранде образовались морозные узоры. 14.01.2016 9.30 -10 0 На окне 3 этажа школы есть узоры. Они похожи на пушистую еловую ветку 15.01.2016 12.00 -22 0 На 2 этаже школы морозные узоры похожи на перья диковинных птиц. 16.01.2016 9.35 -20 0 На окне в классном кабинете появились новые замысловатые узоры. 21.01.2016 7.40 -17 0 В классном кабинете я рассмотрела узор который похож на птицу. 28.01.2016 7.45 -7 0 Некоторые узоры на окне 3 этажа школы исчезли. Таблица наблюдений за морозными узорами
На всех ли окнах появляются морозные узоры?
Узоры не появляются на окне, если открыта форточка. На двойном стеклопакете не могут возникнуть морозные узоры Раньше когда вечером прекращали топить печь, температура стекла опускалась ниже 2 градусов. На нем замерзали капельки воды.
Какие бывают морозные узоры?
Дендриты (древовидные образования). Дендриды образуются, если влажность воздуха повышена, а охлаждение стекла началось еще при положительной температуре и продолжалось при дальнейшем понижении температуры.
Дендриты на зеркале нашей машине
Трихиты (волокнистые формы). Трихиты возникают на стекле именно в том случае, когда в наличии много царапин, зазубринок и пылинок.
Трихиты на стекле в машине у папы.
Морозные узоры на автомобиле
Когда образуются дивные картины из ледяных кристаллов?
При резком похолодании температура окон становится ниже температуры воздуха в помещении. На них и оседают теплые пары воды, находящиеся во влажном воздухе в комнате. На стеклах появляется тонкий, почти не видимый слой воды.
Народные приметы если веточки узоров были направлены вниз - погода будет снежной и пасмурной; если вверх – ясной и солнечной. прямые рисунки предвещают ещё большие холода, косые – оттепели, а более замысловатые узоры – к снегопаду.
Анализ наблюдений и выводы Цель, которую я ставила перед собой, достигнута. Я выяснила, почему зимой на окнах часто появляются причудливые ледяные узоры. Сделала следующие выводы: Морозные рисунки на стекле – это большие кристаллы льда, растущие из водяного пара на границе тепла и холода; Вид узора на поверхности стекла зависит от температуры внутри помещения и снаружи, влажности воздуха в помещении, толщины стекла и загрязненности его поверхности.
Анализ наблюдений и выводы При качественной заделке стёкол узоры на стекле не появляются, т.к. нет перепада температур. На современных окнах (стеклопакетах) морозные узоры не образуются. Мои наблюдения подтверждают гипотезу о том, что по форме снежных узоров можно предсказывать погоду.
Вологодские кружева
Литература и интернет источники Ликум А., Шалаева Г.П., Энциклопедия "Все обо всем" Издательство: Ключ-С, Слово,1994-2001гг. Сергеев И.С., Как организовать проектную деятельность учащихся, М., « Аркти », 2006г. http://сезоны-года.рф/морозные%20узоры.html http://ru.wikipedia.org http://www.booksite.ru/ http://vologda-portal.ru/
Спасибо за внимание!
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.