Течни вени: Сигурни ли сте, че знаете как се образуват дупките от лед?
Уверете се, че сте оставили въздушно пространство, когато поставяте запечатана бутилка с вода във фризера. Ако пропуснете да обърнете внимание на това предизвестие ще разберете по сложния метод, че водата се уголемява, когато се втвърди - и може да счупите нещо в процеса. Подобно разширение може да обяснени и други случаи на провокирани от леда опустошения по опустошените от зимата пътища и здания. Но в действителност формираните от лед дупки и пукнатини са резултат от развой на напредък на леда, чиито детерминанти са едва разбирани. Робърт Стил от Швейцарския федерален софтуерен институт (ETH) в Цюрих и негови сътрудници разкриват един от тези фактори - съществуването на течни канали в поликристален лед. Откритието може да помогне на учените да разработят точни модели на вредите на инфраструктурата, породени от заледяване и да помогне на инженерите да разработят тактики за справяне с този проблем, който коства милиарди долари.
" The unfrozen water-filled channels that crisscross multicrystal ice help feed ice growth, which can lead to fractures in materials such as asphalt and cement. "
— Kam-Yung Soh (mstdn.io/@sohkamyung) (@sohkamyung)
Повечето течности се свиват, когато се втвърдят. Водата обаче е рядко изключение. Когато замръзне се уголемява с към 9%. Но се оказва, че този развой на разширение не играе съвсем никаква роля в множеството сюжети свързани с вредите, породени от заледяване, като да вземем за пример когато ледът образува пукнатини в стените на тухлени здания или дупки в асфалтираните пътища. „ Отдавна е известно, че концепцията, че сходни вреди са резултат от разширението на водата е неправилно разбиране “, сподели Стил.
При опити с почва откривателите са посочили, че бензенът - течност, която се свива, когато замръзне, предизвиква идентични вреди, като тези от замръзналата вода, което демонстрира, че смяната на размера на фазовия преход не е виновникът за разрушенията. Вместо това, главният фактор наподобява е способността на замръзващите течности да „ всмукват “ повече течност в зоната на заледяване.
Представете си цялостна с вода сламка, ситуирана хоризонтално върху равна повърхнина и подложена на минусови температури от единия й край. Тъй като водата в замръзналия завършек на сламката се трансформира в лед, към кристализиралия материал се развива негативно налягане. Това негативно налягане провокира всмукващо действие, което реалокира течната вода към заледената зона. Тази засмукана вода по-късно също замръзва и процесът се повтаря, до момента в който набъбващият мразовит цилиндър стане прекомерно необятен, с цел да се побере в сламката и по този начин те се разцепва. Отвъд опита в света „ този развой може да продължи доста дълго време, увреждайки разнообразни материали и структури “, сподели Силвен Девил, академик, който учи другите материали в Университета на Лион 1, Франция. Девил не е взел участие в новото изследване, само че е съветвал откривателите по време на построяването на тяхната пробна конфигурация.
Учените са измерили скоростта на тази по този начин наречена криосукция в почвата и асфалта, само че непрозрачността на тези материали направила невероятно наблюдаването на процеса в деяние. „ Без да можем непосредствено да виждаме какво се случва, можехме единствено да вършим догатки “, сподели Стил.
Той и сътрудниците му решили казуса с непрозрачността, като произвели елементарен шуплест материал от две транспарантни стъклени предметни стъкла. Тези стъкла били разграничени от отдалечени детайли, а вътрешността им била шарена със светлинно втвърдяващо се лепило, с цел да се направи единична пора с дължина и широчина от по няколко милиметра. Те покрили вътрешността на долната страна на пората с тъничък пласт силикон - мек материал, към който добавили флуоресцентни частици. След това напълнили порите с чиста вода. Охладили единия завършек на пората, до момента в който нагрявали другия съгласно описания нагоре опит със сламката.
Екипът наблюдавал развиването на формата на силиконовия пласт като функционалност на времето, употребявайки конфокален микроскоп - инструмент за триизмерни изображения, който употребява флуоресцентни маркери за обрисуване на структурите в транспарантни материали. Първоначално силиконът останал неизменен. Но откакто цялата вода в студения завършек на порите се трансформирала в лед - в този случай един дълъг мразовит кристал - екипът следил по какъв начин силиконът почнал да се деформира. Тази дисторция траяла, до момента в който леденият кристал нараствал по широчина и оказвал мощен напън върху мекия силиконов пласт.
Увеличавайки интерфейса силикон-лед, Стил и сътрудниците му забелязали, че сред твърдия лед и мекия силикон съществува течен филм с дебелина от няколко нанометра - източникът на течната вода, нужна за разширението на леда. „ Ледът не обича да е в контакт с множеството повърхности “, сподели Стил. „ Така че сред леда и множеството повърхности има празнота, през която може да тече вода. “
Сама по себе си празнината, следена в опитите с монокристали била прекомерно тясна, с цел да обезпечи задоволително вода за развъждане на лед със скоростта, измерена в предходни опити с почва или асфалт. „ Процесът беше необикновено муден “, сподели Стил. „ Отне пет часа на леда да се сгъсти с няколко микрометра. “ Тази скорост обаче се нараснала фрапантно, когато екипът отгледал поликристален лед, който конфокалните изображения разкрили, че съдържа доста спомагателни пътища, през които да прониква течната вода в замръзналата система. Между всеки мразовит кристал имало тясна „ вена “, която, сходно на цялостната с вода празнота над силикона, можела да транспортира водата. „ Внезапно се появили всички тези спомагателни канали, които можели да засмукват вода, тъй че ледът да пораства доста по-бързо “, сподели Стил.
„ Това изследване показало резултатите от деликатно направена серия опити, които демонстрират ясната връзка сред поликристалността на леда и скоростта на криосукция “, сподели Девил. Той добави, че нормално ледът съдържа голям брой кристали и това изследване демонстрира, че в случай че учените желаят да схванат микроскопичните механизми зад това по какъв начин се държи замръзналата вода, те би трябвало да изследват по-реалистични системи.
Окончателните оценки за повишение на успеваемостта евентуално ще зависят от спомагателни, понастоящем неразучени фактори, като да вземем за пример съществуването на разтворени субстанции във водата. „ И въпреки всичко смисъла на поликристалността при вредите, породени от лед, може да повлияе да вземем за пример върху дизайна на материалите, употребявани при градеж на пътищата “, сподели Стил. В допълнение, в градовете, в които постоянно се следят неочаквани замръзвания, може да се наложи чиновниците да бъдат по-бдителни за вреди от лед, защото по-бързо образуващият се лед нормално съдържа повече кристали. Така че, когато зимата дойде ненадейно, внимавайте за нови дупки.
По темата
" The unfrozen water-filled channels that crisscross multicrystal ice help feed ice growth, which can lead to fractures in materials such as asphalt and cement. "
— Kam-Yung Soh (mstdn.io/@sohkamyung) (@sohkamyung)
Повечето течности се свиват, когато се втвърдят. Водата обаче е рядко изключение. Когато замръзне се уголемява с към 9%. Но се оказва, че този развой на разширение не играе съвсем никаква роля в множеството сюжети свързани с вредите, породени от заледяване, като да вземем за пример когато ледът образува пукнатини в стените на тухлени здания или дупки в асфалтираните пътища. „ Отдавна е известно, че концепцията, че сходни вреди са резултат от разширението на водата е неправилно разбиране “, сподели Стил.
При опити с почва откривателите са посочили, че бензенът - течност, която се свива, когато замръзне, предизвиква идентични вреди, като тези от замръзналата вода, което демонстрира, че смяната на размера на фазовия преход не е виновникът за разрушенията. Вместо това, главният фактор наподобява е способността на замръзващите течности да „ всмукват “ повече течност в зоната на заледяване.
Представете си цялостна с вода сламка, ситуирана хоризонтално върху равна повърхнина и подложена на минусови температури от единия й край. Тъй като водата в замръзналия завършек на сламката се трансформира в лед, към кристализиралия материал се развива негативно налягане. Това негативно налягане провокира всмукващо действие, което реалокира течната вода към заледената зона. Тази засмукана вода по-късно също замръзва и процесът се повтаря, до момента в който набъбващият мразовит цилиндър стане прекомерно необятен, с цел да се побере в сламката и по този начин те се разцепва. Отвъд опита в света „ този развой може да продължи доста дълго време, увреждайки разнообразни материали и структури “, сподели Силвен Девил, академик, който учи другите материали в Университета на Лион 1, Франция. Девил не е взел участие в новото изследване, само че е съветвал откривателите по време на построяването на тяхната пробна конфигурация.
Учените са измерили скоростта на тази по този начин наречена криосукция в почвата и асфалта, само че непрозрачността на тези материали направила невероятно наблюдаването на процеса в деяние. „ Без да можем непосредствено да виждаме какво се случва, можехме единствено да вършим догатки “, сподели Стил.
Той и сътрудниците му решили казуса с непрозрачността, като произвели елементарен шуплест материал от две транспарантни стъклени предметни стъкла. Тези стъкла били разграничени от отдалечени детайли, а вътрешността им била шарена със светлинно втвърдяващо се лепило, с цел да се направи единична пора с дължина и широчина от по няколко милиметра. Те покрили вътрешността на долната страна на пората с тъничък пласт силикон - мек материал, към който добавили флуоресцентни частици. След това напълнили порите с чиста вода. Охладили единия завършек на пората, до момента в който нагрявали другия съгласно описания нагоре опит със сламката.
Екипът наблюдавал развиването на формата на силиконовия пласт като функционалност на времето, употребявайки конфокален микроскоп - инструмент за триизмерни изображения, който употребява флуоресцентни маркери за обрисуване на структурите в транспарантни материали. Първоначално силиконът останал неизменен. Но откакто цялата вода в студения завършек на порите се трансформирала в лед - в този случай един дълъг мразовит кристал - екипът следил по какъв начин силиконът почнал да се деформира. Тази дисторция траяла, до момента в който леденият кристал нараствал по широчина и оказвал мощен напън върху мекия силиконов пласт.
Увеличавайки интерфейса силикон-лед, Стил и сътрудниците му забелязали, че сред твърдия лед и мекия силикон съществува течен филм с дебелина от няколко нанометра - източникът на течната вода, нужна за разширението на леда. „ Ледът не обича да е в контакт с множеството повърхности “, сподели Стил. „ Така че сред леда и множеството повърхности има празнота, през която може да тече вода. “
Сама по себе си празнината, следена в опитите с монокристали била прекомерно тясна, с цел да обезпечи задоволително вода за развъждане на лед със скоростта, измерена в предходни опити с почва или асфалт. „ Процесът беше необикновено муден “, сподели Стил. „ Отне пет часа на леда да се сгъсти с няколко микрометра. “ Тази скорост обаче се нараснала фрапантно, когато екипът отгледал поликристален лед, който конфокалните изображения разкрили, че съдържа доста спомагателни пътища, през които да прониква течната вода в замръзналата система. Между всеки мразовит кристал имало тясна „ вена “, която, сходно на цялостната с вода празнота над силикона, можела да транспортира водата. „ Внезапно се появили всички тези спомагателни канали, които можели да засмукват вода, тъй че ледът да пораства доста по-бързо “, сподели Стил.
„ Това изследване показало резултатите от деликатно направена серия опити, които демонстрират ясната връзка сред поликристалността на леда и скоростта на криосукция “, сподели Девил. Той добави, че нормално ледът съдържа голям брой кристали и това изследване демонстрира, че в случай че учените желаят да схванат микроскопичните механизми зад това по какъв начин се държи замръзналата вода, те би трябвало да изследват по-реалистични системи.
Окончателните оценки за повишение на успеваемостта евентуално ще зависят от спомагателни, понастоящем неразучени фактори, като да вземем за пример съществуването на разтворени субстанции във водата. „ И въпреки всичко смисъла на поликристалността при вредите, породени от лед, може да повлияе да вземем за пример върху дизайна на материалите, употребявани при градеж на пътищата “, сподели Стил. В допълнение, в градовете, в които постоянно се следят неочаквани замръзвания, може да се наложи чиновниците да бъдат по-бдителни за вреди от лед, защото по-бързо образуващият се лед нормално съдържа повече кристали. Така че, когато зимата дойде ненадейно, внимавайте за нови дупки.
По темата
Източник: vesti.bg
КОМЕНТАРИ