.jpg/1280px-Regelation_Image_from_page_256_of_%22The_Ontario_high_school_physics%22_(1917).jpg)
Регеляция — это явление таяния льда под давлением и повторного замерзания при снижении давления. Это можно продемонстрировать, обмотав кусок льда тонкой проволокой с прикрепленным к ней тяжелым грузом. Давление, оказываемое на лед, медленно расплавляет его локально, позволяя проволоке пройти через весь кусок. Трасса проволоки восстановится, как только давление будет снято, поэтому кусок льда останется целым даже после того, как проволока полностью пройдет через него. Этот эксперимент возможен для льда при температуре -10 °C или ниже, и хотя по сути он действителен, детали процесса, посредством которого проволока проходит через лед, сложны. [1] Явление лучше всего работает с материалами с высокой теплопроводностью, такими как медь, поскольку скрытая теплота плавления с верхней стороны должна передаваться на нижнюю сторону для подачи скрытой теплоты плавления. Короче говоря, явление, при котором лед превращается в жидкость из-за приложенного давления, а затем снова превращается в лед после снятия давления, называется регеляцией.
Регеляция была открыта Майклом Фарадеем . Она происходит только для таких веществ, как лед , которые обладают свойством расширяться при замерзании, поскольку точки плавления этих веществ уменьшаются с ростом внешнего давления. Температура плавления льда уменьшается на 0,0072 °C для каждого дополнительного атм приложенного давления. Например, для того, чтобы лед расплавился при -4 °C, необходимо давление в 500 атмосфер . [2]
Для обычного кристаллического льда, находящегося намного ниже точки плавления, будет наблюдаться некоторая релаксация атомов вблизи поверхности. Моделирование льда вблизи точки плавления показывает, что происходит значительное плавление поверхностных слоев, а не симметричная релаксация положений атомов. Ядерный магнитный резонанс предоставил доказательства наличия жидкого слоя на поверхности льда. В 1998 году, используя атомно-силовую микроскопию , Астрид Доппеншмидт и Ханс-Юрген Бутт измерили толщину жидкоподобного слоя на льду, которая составила примерно 32 нм при −1 °C и 11 нм при −10 °C. [3]
Поверхностное плавление может быть причиной следующего:
Ледник может оказывать достаточное давление на свою нижнюю поверхность, чтобы понизить температуру плавления льда. Таяние льда у основания ледника позволяет ему перемещаться с большей высоты на меньшую. Жидкая вода может течь из основания ледника на более низких высотах, когда температура воздуха выше точки замерзания воды .
По крайней мере, одна статья 1992 года предполагает, что приписывать регеляцию катанию на коньках — это слегка ошибочное заблуждение . [4] Проблема с сопоставлением (большой) величины градиента pV вода-лед над границей тройной точки с величинами преобладающей температуры и давления в случае катания на коньках в равной степени применима и к контексту классического лабораторного эксперимента с медной проволокой, прорезающей 10-сантиметровый ледяной блок, скажем, проволокой 28 swg. Заблуждение заключается не в том, что эти наблюдения не являются регеляцией, а в том, что регеляцию можно объяснить (исключительно) с точки зрения величины градиента pV над тройной точкой. Происходит гораздо больше. Регеляция эмпирична — это явление, как, например, броуновское движение до, во время и, возможно, даже после того, как Эйнштейн его смоделировал. Она так широко наблюдалась и описывалась, что мы обобщаем, описывая ее с точки зрения давления, вызывающего повышенное таяние поверхности. Признание этого явления во всех упомянутых контекстах не вызывает сомнений. Автомобильные шины работают на снегу, даже несмотря на некоторое повышенное таяние поверхности, поскольку у них есть протектор, который позволяет воде высвобождаться.
В качестве примера регеляции приводится катание на коньках ; однако, требуемое давление намного больше веса фигуриста . Кроме того, регеляция не объясняет, как можно кататься на коньках при температуре ниже нуля (0°C). [5]
Уплотнение и создание снежных комов — еще один пример из старых текстов. Здесь требуемое давление намного больше, чем давление, которое можно приложить вручную. Контрпримером является то, что машины не плавят снег , когда проезжают по нему.