Исследовательская работа "Ледяные узоры на окнах"

Муниципальное бюджетное  общеобразовательное учреждение

« Чиндалейская средняя общеобразовательная школа»

им. Ж.Б.Балданжабона

      Ледяные узоры

           исследовательская работа

                       по окружающему миру

                           Выполнил: Жигжитжапов Жамсаран

                                               ученик 3 класса

                           Руководитель: Дамбиева      

                                          Цырегма Дашиевна,  

                                          учитель начальных классов 

Чиндалей,201

Тема:   Почему появляются на окнах ледяные узоры?

Актуальность: По утрам я любуюсь морозными узорами и каждый раз они  

                         разные. А почему каждый узор неповторим, уникален и красив?

Цель:  Выяснить появление ледяных узоров на окнах.

Задачи:

1.Изучить литературу об  образовании ледяных узоров на окнах.

2.Выдвинуть гипотезу:

 3.Провести эксперимент:

 - предложить свои способы создания и окрашивания  морозных узоров.

4. Сделать заключение.

Предмет : Ледяные узоры на окнах.

Гипотеза:   Предположим узоры  на окнах появляются в  мороз.

Методы: наблюдение, сравнение, обобщение, эксперимент.

                                       Содержание.

1.Красив снежный узор на окнах! 

     2.1Как образуется морозный узор?

     2.2Кристаллизация  воды на стекле.

3.На что похож морозный узор на окнах.

4. Мои способы создания красивого узора на окнах.

      5. Заключение.

                                                                                                       Какой это мастер
                                                                                                                 на стекла нанес,
                                                                                                                       И листья, и травы,
                                                                                                                                и заросли роз?

                                 1. Красив снежный узор на окнах…                                         
      Ледяные узоры на окнах представляют собой редкое по красоте зрелище. Причудливые и затейливые узоры рисует мороз на оконных стеклах. Невозможно отвести глаз от этих замысловатых художеств  непревзойденного мастера. На одном окне узоры    напоминают витиеватые кружева, на другом – прекрасные

дворцы и замки, на третьем – удивительный зимний лес. Каждый узор неповторим и уникален. Эти изумительные картины можно рассматривать и рассматривать, и каждый раз видеть что-то новое. Они всегда сказочные и волшебные. И каждый, любуясь ими, фантазирует что-то свое. Когда я заглядываюсь на зимние узоры на окнах, вспоминаю сказку о Снежной Королеве и представляю, что это она дышит на стекла домов, покрывая их изящными кристаллами, перьями снежных птиц, лепестками ослепительно белых цветов и другими чудесными пейзажами зимы. А как эти узоры начинают сверкать, блестеть и искриться на солнце! Сердце замирает от восхищения .

     Вообще-то   узоров очень много. Узоры листьев, узоры деревьев, узоры  облаков,  узоры цветов, даже узоры камней- это очень  красивая и завораживающая поэзия природы. Зимние узоры окружают нас повсюду, просто мы их не замечаем. Вечером ничего не было, а утром- просто глаз не оторвать от окна. какие-то елочки, и сказочные лица, и разные волшебные чудовища. Чем дальше вглядываешься в рисунки, тем больше удивляешься мастерству неизвестного художника, которого зовут Мороз. Трудно поверить, что все это нарисовано без помощи человеческих рук. Оконные узоры меня интересовали всегда.                                         

За ночь сильно похолодало. Утро настало морозное, ясное. Я проснулся, взглянул на окно и сразу же увидел, что на стеклах появились какие-то удивительные рисунки. Снопы солнечных лучей врывались через окно в мою комнату. Эти веселые зайчики играли на стенах, на потолке, разноцветными огоньками зажигали снежные узоры на стекле. Вот сверкает длинная перистая ветвь, похожая на лист папоротника, или же какой-то необыкновенный цветок, словно по волшебству распустившийся за ночь па стекле.

                               2.Как образуется морозный узор?

Красив снежный узор на окнах и в блеске утреннего солнца, и в густой синеве зимних сумерек... 
В один из вечеров возле огонька я спросил  дедушку, почему появляются на окнах снежные узоры. И он сказал мне, что их рисует сам Мороз Иванович! А как? И чем он рисует?
Представьте  себе,  водой!  Прозрачным  водяным  паром, который, как мы уже хорошо с вами знаем, всегда есть в воздухе. Есть он и в комнате. И между двойными рамами окон — всюду! Теплые пары воды оседают на холодных стеклах окон и превращаются в кристаллы льда, так же как снежинки в небесной вышине. Таких ледяных кристалликов много, они соединяются друг с другом. Для того чтобы началась кристаллизация, первым ледяным кристалликам нужно на чем-то осесть. Пусть это будет пылинка. Или след от тряпки, которой протирали окна. Льдинки группируются на неровностях, на еле заметных царапинах на стеклах, и постепенно вырастает ледяной сад на окне с необычайными цветами, сверкающими в лучах зимнего солнца!

     Для образования инея на окнах, как и на деревьях, траве, нужны определенные условия. Иней образуется из маленьких кристалликов замерзшей воды. Когда воздух, содержащий много влаги, охлаждается до точки замерзания, начинает образовываться иней.
    Точка замерзания — это 32° по Фаренгейту и 0° С на уровне моря. Когда воздух охлаждается, содержание влаги в нем уменьшается. Избыток воды конденсируется на таких объектах, как оконное стекло. Когда температура опускается ниже 0° С, вода кристаллизуется. Другими словами, кристаллики льда покрывают поверхность воды. 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. Белый иней, который часто называют «изморозью», бывает двух видов: гранулированный и кристаллический. Гранулированный иней — это просто замерзший туман. Кристаллический иней, о котором мы уже говорили, образуется из водяных паров воздуха. Происходит переход из газообразного в твердое состояние, минуя  жидкое.  

                                        3. Кристаллизация  воды на стекле.

Характер кристаллизации воды на стекле во многом зависит от условий охлаждения.  Я провел  наблюдение в течении месяца и сделал такое заключение: при охлаждении от 0 до – 6°C на поверхности оконного стекла отлагается однородный слой непрозрачного, рыхлого льда. А если происходит понижение  температуры  , то  ледяных кристалликов много и  рисунок узоров получается чёткими .  

Среди многих видов морозных узоров чаще других встречаются дендриты (древовидные образования) и трихиты (волокнистые формы). Характер кристаллизации воды на стекле во многом зависит от условий охлаждения. При охлаждении от 0 до – 6°C и небольшой исходной упругости водяного пара на поверхности оконного стекла отлагается однородный слой непрозрачного, рыхлого льда. Для начального образования тонкого слоя такого льда в качестве затравок кристаллизации известную роль могут играть дефекты структуры поверхности, царапины. Однако в ходе дальнейшего развития процесса эти влияния полностью перекрываются общей картиной осаждения льда по всей охлаждающейся поверхности. Если охлаждение поверхности оконного стекла начинается при положительной температуре и более высокой относительной влажности и в процессе охлаждения проходится точка росы, то на охлаждающейся поверхности сначала отлагается пленка воды, которая уже при отрицательных температурах закристаллизовывается в виде дендритов. Чаще дендритная кристаллизация начинается с нижней части оконного стекла, где вследствие действия силы тяжести накапливается большее количество воды. Размеры дендритных кристаллов зависят от имеющегося для их образования материала. В нижней части окна, где пленка воды толще, дендриты обычно имеют большие размеры По мере перехода к верхней части окна размеры дендритов уменьшаются, В случае равномерной увлажненности стекла размеры дендритов примерно одинаковы. Дальнейшее охлаждение способствует отложению между дендритами, а затем и на дендритах тонких слоев пушистого льда. Быстрые и значительные по величине переохлаждения дают мелкомасштабную дендритную кристаллизацию. При недостатке влаги на стекле нарушается сплошной характер кристаллизации: дендриты растут островками, их формы менее резко выражены, а размеры уменьшены в сравнении с нормальными условиями. Трихиты образуются у острых краев царапин на поверхности охлаждающегося твердого тела. При этом вначале кристаллы образуют узкие параллельные полоски инея, вырождающиеся при дальнейшем охлаждении в достаточно плотные ледяные волокна, исходящие от основного стебля. В большинстве случаев как основное волокно, так и прилегающие к нему тонкие полоски инея слегка изогнуты. При осаждении льда вблизи охлаждающейся поверхности отмечаются колебания температуры величиной до 0,5°C, что указывает на существование в этой области ощутимой конвекции. 

      Морозные рисунки на стекле — это большие кристаллы льда, растущие из водяного пара на границе тепла и холода. Классификация кристаллов льда: пластинки, звездчатые кристаллы , столбцы или колонны , иглы , пространственные дендриты, столбцы с наконечниками и неправильные формы. И еще три вида обледенелых осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

      Тем же законам подчиняется и рост инея, изморози и узоров на стеклах. Эти явления, как и снежинки, образуются при конденсации, молекула за молекулой — на земле, траве, деревьях. Узоры на окне появляются в мороз, когда на поверхности стекла конденсируется влага теплого комнатного воздуха. А вот градины получаются при застывании капель воды или когда в насыщенных водяным паром облаках лед плотными слоями намерзает на зародыши снежинок. На градины могут намерзать другие, уже сформировавшиеся снежинки, сплавляясь с ними, благодаря чему градины принимают самые причудливые формы.

                       4.  На что похож морозный узор на окнах.

  Морозные узоры  отличаются  большим  разнообразием, своеобразной структурой и часто напоминают формы организмов или их частей. И в самом деле, среди них часты древовидные образования и волокнистые структуры. Наш выдающийся биолог К.А.Тимирязев указывал на сходство густо заросшего разнообразными   растительными   формами клочка земли с фантастическими ландшафтами, которые мороз рисует на окнах: «Во втором случае мы увидим те же травчатые узоры, напоминающие листья папоротника или пальмы, то же бесконечное разнообразие самых причудливых форм... Картины сходные, но как различен строй мыслей, вызываемых той и другой». Сходство с растениями многих морозных узоров действительно удивительное. Один из рисунков квалифицированный ботаник принял за фотографию чертополоха, в других — очевидное сходство с листьями пальмы, корневищем растения с отходящими от него листьями, подобием мхов и лишайников. Попадаются и узоры, состоящие из нитей, часто с параллельными отростками.

          Ледяные узоры очень красивы и, я слыхал,  служат даже образцом для наших северных кружевниц. А что такое красота? Одно из самых загадочных явлений природы. И как в законах строения и развития природных тел мы имеем разные уровни, так есть они и в прекрасном. И на самом высшем уровне, может быть, находятся абстрактнейшие математические теории и высшие музыкальные творения гениальных композиторов. Не всем дано подняться на эти вершины, но, как в капле воды отражается солнце, так некоторый намек на высшую красоту мы можем постичь, внимательно рассматривая такое скромное явление природы, как ледяные узоры на стеклах. Мудро сказано в Талмуде: «Чтобы познать невидимое, смотри внимательнее на видимое».

                    5. Мои способы создания красивого узора на окнах

   И также провел такой эксперимент с мамой: оставили одно окно грязным т.е не вытерли, а второе окно вымыли . Выяснили что,  на грязных окнах узоры  получаются красивее чем на чистых окнах.Из молекул, скопившихся в крошечных царапинах на стекле, формируется затравочный кристалл, из которого затем произрастают замысловатые узоры. Если взглянуть на этот кристалл с очень близкого расстояния, можно заметить множество химических связей, отходящих от точек его поверхности. Молекулы водяного пара цепляются за эти химические связи, и кристаллы быстро растут. Структура замысловатых разветвлений зависит от  температуры и влажности воздуха, а также от степени гладкости и чистоты стекла. Если воздух сухой, молекулы воды медленно конденсируются из воздуха, группируясь в устойчивые шестигранники. Шесть прямых относительно гладких граней этих кристаллов имеют очень мало свободных связей, так что молекулам воды почти не за что зацепиться. 
Узоры в виде перьев, как правило, формируются на чистых оконных стеклах, когда воздух насыщен молекулами воды. В этих условиях большое количество молекул водяного пара бомбардируют затравочный кристалл и устойчивые шестигранники не успевают сформироваться. Молекулы цепляются за свободные связи, торчащие из выпуклостей кристалла, вследствие чего эти выпуклости увеличиваются в размерах еще быстрее и в итоге вырастают в большие ответвления, а выпуклости на ответвлениях, в свою очередь, превращаются в кружевные листья. 

 Я провел второй эксперимент. Насыпал на оконное стекло  сухую краску. На утро увидел очень красивый цветной узор.  При проведении экспериментов я использовал окно с одинарной рамой.

                                               Заключение.

Моя  гипотеза  подтверждается и я сделал следующий вывод:

 узоры на окне появляются в мороз, когда на поверхности стекла конденсируется влага теплого комнатного воздуха.

Сходство с растениями многих морозных узоров действительно удивительное. И в народе бытует поверье: если  увидим  травчатые узоры – то уберем много сена, если увидим рисунок злаковых растений- то нынче осенью уберем много хлеба.

«Если ветки снежных растений поднимаются вверх по оконному стеклу — будет мороз, склонились вниз – жди к оттепели»;

«Большой иней зимой — к большому урожаю летом»;

Если бы не было зимы, то мы бы не смогли увидеть красоты,  которую дарит нам это чудесное время года.

Литература.

1. А.А.Любищев, д.б.н.    Статья «Морозные узоры на окнах?»        

                                   (Наблюдения и размышления биолога)  

2. Электронный учебник « Большая энциклопедия 2010»

      3.Статьи с интернета: «Почему бывают снежные узоры на окнах?                                                  

                                              « Кристаллизация водяного пара»

3. Новая книга знаний в вопросах и ответах. М., 2Махаон», 2005 г.

.