Бывают ли среди них одинаковые рисунки?
Это зимнее явление, знакомое каждому с детства, на самом деле подчиняется строгим законам физики. Чтобы понять его природу, важно разобраться сразу с двумя моментами: на каком именно стекле появляются узоры и при каких условиях это происходит.
На каком стекле образуются узоры на окнах
Подпишитесь, чтобы не пропустить интересные статьи: (статьи каждый день)
Прежде всего стоит уточнить, где именно возникают ледяные рисунки. Не всякое стекло подходит для их появления.
Узоры формируются на внутренней стороне оконного стекла в тот момент, когда за окном стоит сильный мороз. В теплом воздухе помещения всегда присутствует водяной пар. При соприкосновении с холодной поверхностью стекла он резко охлаждается и становится пересыщенным.
В результате вода начинает осаждаться на мельчайших частицах пыли, находящихся на стекле, температура которого опускается ниже нуля. При таких условиях пар сразу переходит в твердое состояние.
Этот процесс называется сублимацией. Важное условие заключается в том, что температура внутренней поверхности стекла должна быть ниже точки росы воздуха в комнате и чаще всего ниже 0°C.
Точка росы это та температура, при которой воздух уже не способен удерживать водяной пар, и он начинает переходить в жидкое или твердое состояние. Зимой эта граница легко достигается именно на холодных окнах.
Однако есть важный нюанс.
На идеально гладком и абсолютно чистом стекле узоры не появляются. Молекулам воды необходимы так называемые центры кристаллизации, своеобразные точки опоры. Если обработать стекло специальным составом, на нем образуется тончайшая пленка, отталкивающая воду. Такие покрытия называют гидрофобными.
Они не позволяют молекулам воды закрепляться на поверхности. Без микроскопических неровностей, царапин или пылинок даже при сильном морозе формирование ледяных узоров становится крайне затрудненным.
Как растет ледяной узор
На обычном оконном стекле центры кристаллизации всегда присутствуют. Молекулы воды оседают на пылинках, микротрещинах и других дефектах поверхности. С этого момента начинается рост узора. Но чтобы понять, почему рисунки выглядят именно так, нужно вспомнить, как устроена молекула воды.
Молекула H₂O состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Они образуют фигуру с углом примерно 108 градусов. При этом заряды распределены неравномерно: водород несет положительный заряд, кислород отрицательный. Такая геометрия и электрическая асимметрия заранее определяют форму будущих кристаллов.
К первой закрепившейся молекуле начинают притягиваться другие. Водород притягивается к кислороду, плюс к минусу, и треугольные структуры соединяются между собой.
Так выстраиваются цепочки, от которых отходят новые ответвления. Они переплетаются, пересекаются и формируют сложные, причудливые узоры. Каждый из них уникален и никогда не повторяется, отмечает специалист.
Форма рисунка зависит сразу от нескольких факторов. Влияет температура стекла: чем она ниже, тем мельче и сложнее узор. Существенную роль играет влажность воздуха: при высокой влажности ледяные структуры становятся гуще. Даже незначительные потоки воздуха возле окна способны изменить направление роста кристаллов.
Именно поэтому в природе невозможно найти два абсолютно одинаковых узора.
Почему узор может измениться
Провести простой эксперимент можно зимой в общественном транспорте. Если нагреть ладонью узор на стекле автобуса или троллейбуса и протереть это место, через некоторое время на нем появится новый рисунок.
Причина проста. Вы временно повысили температуру стекла и удалили лед, но основные условия остались прежними: холод снаружи, теплый воздух внутри и повышенная влажность. Более того, даже сухая рука оставляет на стекле микроскопические следы солей и кожного жира.
Именно они становятся новыми центрами кристаллизации, вокруг которых начинает расти уже другой ледяной узор.
Почему в современных домах узоры появляются не всегда
Обычно нам остается либо любоваться морозными рисунками, либо задуматься о теплоизоляции. Если внутренняя поверхность стекла сохраняет положительную температуру, вероятность появления узоров резко снижается. При достаточном тепле на стекле не образуются ни лед, ни даже капли воды.
Именно поэтому в современных домах с хорошим паровым отоплением и качественными стеклопакетами узоры на окнах встречаются все реже.
Секрет таких окон не только в наличии двух стекол. Между ними находится сухой воздух или инертный газ. Эта прослойка работает как эффективный теплоизолятор и не дает внутреннему стеклу сильно охлаждаться.
Подпишитесь, чтобы не пропустить интересные статьи: (статьи каждый день)
Дополнительную роль играет вентиляция помещения. Она снижает избыточную влажность воздуха, лишая ледяные узоры главного строительного материала. В итоге зимние рисунки на стекле оказываются не просто красивым природным явлением, а наглядным индикатором теплопотерь и состояния микроклимата в вашем доме.