Regelace

Klasický experiment zahrnující regelaci ledového bloku, pokud ním prochází napnutý drát.

Regelace je jev tání pod tlakem a opětovného zmrazení, když je tlak následně snížen. Regelaci lze demonstrovat smyčkou jemného drátu kolem bloku ledu, k níž je připojena velká váha. Tlak vyvíjený na led jej pomalu místně taví a umožňuje drátu projít celým blokem. Jakmile se tlak uvolní, dráha drátu se znovu naplní, takže blok ledu zůstane pevný i po úplném průchodu drátu. Tento experiment je možný pro led při teplotách -10 °C nebo nižšími, a přestože jsou v zásadě platné, podrobnosti procesu, kterým drát prochází ledem, jsou složité.[1] Celý jev funguje nejlépe u materiálů s vysokou tepelnou vodivostí, jako je měď, protože latentní teplo fúze z horní strany je třeba přenášet na spodní stranu, aby dodávalo latentní teplo tavení. Stručně řečeno, jev, při kterém se led v důsledku aplikovaného tlaku přeměňuje na kapalinu a poté, co je tlak odstraněn, se znovu převádí na led, se nazývá regelace.

Regelaci objevil Michael Faraday. Vyskytuje se pouze u látek, jako je led, které mají schopnost expandovat po zmrazení, protože teploty tání těchto látek klesají se zvyšujícím se vnějším tlakem. Teplota tání ledu klesá o 0,0072 °C s každou přidanou atmosférou tlaku. Například k roztavení ledu při -4 °C je potřebný tlak 500 atmosfér.[2]

Tavení povrchu

Křivka tání ledu
Molekulární struktura ledu blízko povrchu

U normálního krystalického ledu hluboko pod jeho teplotou tání dojde k určité relaxaci atomů blízko povrchu. Simulace ledu blízko bodu tání ukazují, že dochází spíše k výraznému tání povrchových vrstev než k symetrické relaxaci poloh atomů. Jaderná magnetická rezonance poskytla důkazy o tekuté vrstvě na povrchu ledu. V roce 1998 naměřili Astrid Döppenschmidt a Hans-Jürgen Butt pomocí mikroskopie atomárních sil tloušťku kapalné vrstvy na ledu zhruba 32 nm při −1 °C a 11 nm při −10 °C.[3]

Tavení povrchu může odpovídat za následující:

Příklady regelace

Ledovec může vyvíjet dostatečné množství tlaku na svůj spodní povrch, aby snížil bod tání svého ledu. Tání ledu na základně ledovce mu umožňuje pohybovat se z vyšší nadmořské výšky do nižší nadmořské výšky. Kapalná voda může proudit ze spodní části ledovce v nižších nadmořských výškách, když je teplota vzduchu nad bodem mrazu vody.

Mylné představy

Bruslení je uvedeno jako příklad regelace; požadovaný tlak je však mnohem větší než hmotnost bruslaře. Regelace navíc nevysvětluje, jak lze bruslit při teplotách pod nulou °C. [4]

Zhutňování a tvorba sněhových koulí je dalším příkladem ze starých textů. Požadovaný tlak je opět mnohem větší, než je možné vyvinout ručně. Protikladem je, že auta nerozpouští sníh, když po něm přejíždí.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Regelation na anglické Wikipedii.

  1. ↑ DRAKE, L. D.; SHREVE, R. L. Pressure Melting and Regelation of Ice by Round Wires. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1973, s. 51. DOI 10.1098/rspa.1973.0013. Bibcode 1973RSPSA.332...51D. (anglicky) 
  2. ↑ Glossary of Meteorology: Regelation Archivováno 25. 2. 2006 na Wayback Machine, American Meteorological Society, 2000
  3. ↑ DÖPPENSCHMIDT, Astrid; BUTT, Hans-Jürgen. Measuring the Thickness of the Liquid-like Layer on Ice Surfaces with Atomic Force Microscopy. Langmuir. 2000-07-11, s. 6709–6714. DOI 10.1021/la990799w. (anglicky) 
  4. ↑ White, James. The Physics Teacher, 30, 495 (1992).

Literatura

  • Y. Huang, X. Zhang, Z. Ma, Y. Zhou, W. Zheng, J. Zhou a CQ Sun, Hydrogen-bond relaxation dynamics: resolving mysteries of water ice. Coordination . Coordination Chemistry Reviews 2015. 285: 109-165.
  • CQ Sun, Relaxation of the Chemical Bond. Springer Series in Chemical Physics 108.. 2014 Heidelberg, 807 stran. ISBN 978-981-4585-20-0.

Média použitá na této stránce

Melting curve of water.svg
Autor: Psiĥedelisto, Licence: CC0
Melting curve of water

Data: 

Pressure,Temperature
0.000612,273.16
0.1,273.1526
1,273.086
2,273.01
5,272.78
10,272.4
15,272.01
20,271.61
30,270.79
40,269.94
50,269.06
60,268.15
70,267.21
80,266.24
90,265.24
100,264.21
120,262.06
140,259.8
160,257.42
180,254.93
200,252.32

Data Source:

CRC Handbook of Chemistry and Physics, 93rd Edition, page 6-13, "Melting point of ice as a function of pressure", published on 19 Apr 2016
Regelation Image from page 256 of "The Ontario high school physics" (1917).jpg
Autor: Internet Archive Book Images, Licence: No restrictions
From book "The Ontario high school physics"

Year: 1917 (1910s) Authors: Merchant, F. W. (Francis Walter), 1855-1937 Chant, Clarence Augustus, 1865-1956 Subjects: Physics Physics Publisher: Toronto : Copp Clark Contributing Library: The University of Western Ontario, Western Archives Digitizing Sponsor: Ontario Council of University Libraries and Member Libraries

Caption: "Regelation of Ice"

"If a substance expands on melting, its melting point will be raised by pressure, while if it contracts its melting point will be lowered. We would expect this. Since extra pressure applied to a body which takes a larger volume on melting would tend to prevent it from expanding, it would be reasonable to suppose that a higher temperature would be necessary to bring about the change; on the other hand, if the body contracts on melting,increased pressure would tend to assist the process of change,and a lower temperature should suffice.

An interesting experiment shows the effect of pressure on the melting point of ice. Take a block of ice and rest it on two supports, and encircle it with a fine wire from which hangs a heavyweight (Fig. 276). In a few hours the wire will cut its way through the ice, but the block will still be intact. Under the pressure of the wire the ice melts, but the water thus formed is below the normal freezing point. Hence it flows above the wire and freezes again as the pressure there is normal. The process of melting and freezing again under these conditions is called regelation."