为什么冰柱涟漪?

冬天即将结束;的最后一个晚上零下的温度都在这里。早上,一个仍然点偶尔冰柱排水沟或汽车保险杠。当你仔细看看这些冰柱,您可能会注意到,他们显示涟漪的特征模式,总是约1厘米宽。是什么导致了这些涟漪呢?使用自己设计的一台冷冰冰的机器,阿姆斯特丹大学的物理学家和化学家研究这个问题,并发现盐在形成过程中扮演一个重要组成部分的涟漪。

这项研究是由博士生Menno Demmenie物理研究所和他的同事们,范特霍夫在阿姆斯特丹大学的分子科学研究所。研究结果发表在科学期刊《物理评论上周应用。

冷冰冰的机器

开展研究,Demmenie和他的同事们构建了一个实际的冷冰冰的机器。“用一个窗口在一个大的冰箱,我们花了几个星期成为真正的冰柱增长专家,Demmenie回忆说。困难的问题是如何快速水必须添加漂亮的冰柱。如果水流太快,失去一个相对大量的水,把冰箱里的地板变成一层冰。另一方面,如果水流拨下来太多,冷冰冰的人倾向于向上生长,像石笋。最终我们发现最优增长率发生使用每小时60毫升的流入,在温度为-15°C。这是与一个水龙头滴水大约每三秒。”

正确的水流入被发现后,研究人员可以继续。用他们的机器他们使许多不同的冰柱,在不同情况下,不同类型的水。最后,冰柱波纹的形成的关键因素是盐的浓度在水中使用。下图显示了与不同浓度的盐冰柱,从一个冰柱极其纯水(左)制成的冰柱在相对盐水(右)。随着盐浓度的增加,涟漪在冰柱上变得更加清晰可见。

研究人员使用一个聪明的花招来调查盐扮演的角色的形成冰柱。当水结冰形成冰柱,盐分子赶出冰的“杂质”。结果,大部分的盐在一层薄薄的液体水在外面的冰柱。科学家们添加了着色剂的水使用,也经历了同样的过程盐分子。这让他们很好地可视化液体盐水。

涟漪解释

通过这种方式,他们发现液态水流动导致波纹出现。使用纯水,咸的液体水的层冰柱周围缺席,和形成过程看起来更像是一个滴蜡烛。咸水使用时,冰柱周围液体的薄膜,咸的水,水的流动创造了常规的涟漪。盐的水含有越多,越强的过程,最终导致厚波纹形式。

在自然界中,水总是包含一个小的盐的浓度。这解释了美丽的结构我们发现排水沟和汽车保险杠在早上,波及一层薄薄的略咸的水在整个晚上工作。

参考:Demmenie M, Reus L, Kolpakov P, Woutersen年代,波恩D, Shahidzadeh n增长和形式的冰柱。物理评论:。2023;19 (2):024005。doi:10.1103 / PhysRevApplied.19.024005

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