冰的物理特性和剪下強度海冰物理性質有哪些?

2021-03-08 13:59:06 字數 4277 閱讀 6677

1樓:匿名使用者

冰(ice)

自然界中的水 ,具有氣態、固態和液態三種狀態。液態的我們稱之為水,氣態的水叫水汽,固態的水稱為冰。冰的熔化熱是3.35×10^5j/kg

水是一種特殊的液體。它在4℃時密度最大。溫度在4℃以上,液態水遵守一般熱脹冷縮規律。

4℃以下,原來水中呈線形分佈的縮合分子中,出現一種象冰晶結構一樣的似冰締合分子,叫做"假冰晶體"。因為冰的密度比水小,「假冰晶體」的存在,降低了水的密度,這就是為什麼水在4℃時密度最大,低於4℃密度又要減小的祕密。

到目前為止,已經能夠在實驗室裡製造出八種冰的晶體。但只有天然冰能在自然條件下存在,其它都是高壓冰,在自然界不易存在。

天然冰中水分子的締合是按六方晶系的規則排列起來的。所謂結晶格子,最簡單的例子是緊密地堆砌的磚塊,如果在這些磚塊的中心處代之以一個假設的原子,便得到了一個結晶格子。冰的晶格為一個帶頂錐的三稜柱體,六個角上的氧原子分別為相鄰六個晶胞所共有。

三個稜上氧原子各為三個相鄰晶胞所共有,二個軸頂氧原子各為二個晶胞所共有,只有**一個氧原子算是該晶胞所獨有。

冰與水由於水分子間有氫鍵締合這樣的特殊結構所決定的。根據近代x射線的研究,證明了冰具有四面體的晶體結構。這個四面體是通過氫鍵形成的,是一個敞開式的鬆弛結構,因為五個水分子不能把全部四面體的體積佔完,在冰中氫鍵把這些四面體聯絡起來,成為一個整體。

這種通過氫鍵形成的定向有序排列,空間利用率較小,約佔34%、因此冰的密度較小。

水溶解時拆散了大量的氫鍵,使整體化為四面體集團和零星的較小的「水分子集團」(即由氫鍵締合形成的一些締合分子),故液態水已經不象冰那樣完全是有序排列了,而是有一定程度的無序排列,即水分子間的距離不象冰中那樣固定,h2o分子可以由一個四面體的微晶進入另一微晶中去。這樣分子間的空隙減少,密度就增大了。

溫度升高時,水分子的四面體集團不斷被破壞,分子無序排列增多,使密度增大。但同時,分子間的熱運動也增加了分子間的距離,使密度又減小。這兩個矛盾的因素在4℃時達到平衡,因此,在4℃時水的密度最大。

過了4℃後,分子的熱運動使分子間的距離增大的因素,就佔優勢了,水的密度又開始減小。

河冰黃河流域是中華民族的搖籃,孕育了華夏五千年的文明。但是黃河帶給我們中華民族的不全是好處,黃河洪水和冰害經常掠去兩岸人民的財產和生命。

遠在公元前四百多年,對於黃河的冰情,已有詳細的記載:「孟冬之月,水始冰,地始凍。仲冬之月,冰益堅,地始坼。

季冬之月,凍方盛,水澤腹堅,命取冰,冰以入。孟春之月,東風解凍,蟄蟲始振,魚上冰。」這是世界上最早的有關結冰、封凍和解凍的冰情文字記錄。

冰情觀測

對冬季河流凍結作冰情觀測,是水文工作者的日常工作。河水在凍結過程中會出現多種多樣特殊的冰情,記載並研究這些冰情,對於防治河冰災害有重要意義。-條河流,從開始結冰,河面封凍,一直到解凍,有哪些主要的冰情呢?

冰凇——漂浮在水中的針狀或薄片狀透明的冰晶,在水面或水中形成。冰晶多半聚整合鬆散易碎的團塊。

棉冰——落在水面的雪聚集而成,好像浸溼了的棉花,-點點或一片片漂浮著。

岸冰——河流兩岸凍結成的固定冰帶,分為初生岸冰,固定岸冰和沖積岸冰三種。

水內冰——水中生長的冰,可以在水面、水中和水底同時生成,是一種海綿狀或飯糰狀多孔而不透明的冰體,有些近似於浸透了水的雪。

冰花——浮在水面的水內冰。

冰礁——固結在河底的小冰島,由水內冰堆積,或者與棉冰,冰凇和冰花等結合而形成,能迅速地從河底增長到水面。水內的冰礁不結實,長到水面後就凍結得很緊密。

流冰——河中漂流著的冰塊,春季流冰對水上建築物威脅很大。

冰壩——流冰在河道狹窄或淺灘處堆積起來,阻塞住整個河流斷面,象一座用冰塊堆成的堤壩。冰壩往往使河流發生嚴重阻水,抬高水位,對河堤造成威脅。

冰堆——由冰擠壓而凍結在一起的冰塊,有時分佈在冰層表面,有時出現在岸邊。

冰裂——氣溫和水位的劇烈變化,使冰蓋上出現的裂隙。

冰塞——封凍冰層下面的河道,被冰花和碎冰臨時阻塞。冰塞縮小了河流過水斷面,使上游水位被迫提高,甚至高於洪水位,也會造成嚴重事故。

清溝——凍結的河道中的一段沒有凍結的河段。清溝是由於暖的地下水或汙水排人、或急流處不易封凍而形成的。小的清溝好像裸露的洞穴,所以也稱為冰穴。清溝下能生成大量的水內冰。

冰丘(冰錐)——封凍冰層中發生裂縫,河水從縫中冒出來凍結而成。冰丘的冰也叫冒水冰。

連底凍——河流斷面全部凍縮。

冰層浮起——岸邊融冰或水位暴漲時,封凍冰層不碎裂而浮於水面。

冰滑動——封凍河流開河前冰層向下遊滑動-段距離後又停滯下來,往往給河床堤岸以很大的破壞。

冰凌堆積——春季淌凌時河道斷面被冰凌區域性阻塞。冰凌堆積嚴重,往往形成冰壩,對河堤有相當危害。

根據一條河流的冰情觀測資料,就能夠繪製出該河的冰情圖來,這是河流水文的基本資料之一。

河水是怎樣結冰的?

我們在課本上學到,當溫度降到0℃時水就會變成冰。但實際情況並非如此簡單。一方面自然界中的水不是純淨的水,裡面溶解了很多物質,水的凝固點降低,水需在0℃以下才能凍結;另一方面,當溫度剛好由零度以上降到0℃時,水是不會結凍的,因為結冰時放出的潛熱很大,如果正好是冰點,剛生成的冰晶又會很快融化掉。

所以,一般溫度在零度以下河水才出現凍結現象。

靜水結冰需要較甚的過冷,實驗室裡曾經記錄到蒸餾水過冷到-20℃還不見冰晶出現的資料。一般靜水冷卻到4℃後,水面繼續降溫,僅能使表層發生冷卻,底層在較長時間裡還是維持在4℃的溫度,所以靜水凍結是從水面開始的。

初冬時節河流淌凌是河流開始結冰的最初階段。河水是洶湧流動的,流水結冰過程與靜水很不相同。流水由於處在流動狀態,紊流擾動強,不僅表層冷卻迅速,就是底層也同時降溫,水面和水內幾乎可以同時結冰。

大多數研究者認為,河流結冰是同時在水面和水中發生的。理由是河流混合作用強,在結冰前河水上下都能達到大體相同的溫度,只要有結晶核,就可以在任何地方開始結冰。底冰的存在證明了這種理論的可能性。

河流封凍有二種情況。一種是從岸邊開始,先結成岸冰,向河心發展,逐漸匯合成冰橋,冰橋寬度擴充套件,使整個河面全被封凍。還有一種是流冰在河流狹窄或淺灘處形成冰壩後,冰塊相互之間和冰塊與河岸之間迅速凍結起來,並逆流向上擴充套件,使整個河面封凍。

冰凌——河流解凍

當大地回春,氣溫升高的時候,河流裡的冰開始化解,分解的冰塊隨著河水向下流動,河流開封。但是並不是所有的河冰都這樣斯斯文文地解凍,讓河流順利開河,有時候解凍來得很快,特別是氣溫猛升或水位暴漲,大塊冰凌洶湧而下,這樣就容易造成冰凌。科學家們給這兩種河流開河方式起了很有趣的名字,對於慢慢的解凍的開河方式叫「文開」河,對於迅速解凍容易引起冰凌的開河方式叫「武開」河。

由南向北的河流特別容易發生武開河。當上遊已是春光明媚,下游還是冰封千里的時候,融水帶著冰凌順流而下,時而阻塞,水位抬高,時而潰決,橫衝直撞,使下游冰層遽然脹破,於是形成巨大的冰排,向下猛衝,對橋樑堤壩危害嚴重。冰凌對橋墩威脅最大。

春季淌凌時出現大冰排威脅橋墩時,需要用飛機或其它措施把冰排炸碎。

由冰凌壅塞引起的暫時漲水,叫做凌汛。黃河上游從寧夏到內蒙的河套段和下游在山東入海的地方,由於河段北流,經常出現凌汛。凌汛期間易出險情,一是凌汛來勢猛烈,二是地凍未消,取土搶險困難。

據統計,解放前,黃河改道後的百餘年間,僅山東境內因凌汛決口就有35次之多,給沿岸人民造成很大的損失和痛苦。

2樓:匿名使用者

不同溫度的冰是不一樣的

海冰物理性質有哪些?

3樓:易書科技

海冰的比熱容比純水冰大,且隨鹽度的增高而增大。純水冰的比熱容受溫度的影響不大,而海冰則隨溫度的降低有所降低。在低溫時,由於其含滷汁少,因此隨溫度和鹽度的變化都不大,接近於純水冰的比熱。

但在高溫時,特別在冰點附近(-2℃),由於海冰中的滷水隨溫度的升降有相變,即降溫時滷水中的純水結冰析出,升溫時冰融化進入滷水之中,從而使其比熱容分別有所減小和增大。其減小和增大值因其鹽度而有極大差異,低鹽時其比熱容小,而高鹽時其比熱容將比純水冰大數倍,甚至十幾倍。

海冰的溶解潛熱也比純水冰的大。海冰的熱傳導係數比純水冰小,因為海冰中含有氣泡,而空氣的熱傳導係數是很小的。海冰的熱傳導係數略大於海水的分子熱傳導係數,因而海冰限制了海洋向大氣的熱量輸送,而且也使海洋的蒸發失熱大為減少,從而形成了海洋的保護層。

由於海冰上部的空隙比下層的空隙多,所以其熱導係數也隨深度,即由冰面向下的厚度而增大,超過1m的海冰其熱傳導係數就與純水冰相差不大,在表面附近約為純水冰的1/3左右。海冰的熱膨脹係數隨海冰的溫度和鹽度而變化。對低鹽海冰,隨著溫度的降低,它開始是膨脹,繼之變為收縮。

由膨脹變為收縮的臨界溫度值隨海冰鹽度的增加而降低。對於高鹽海冰,隨溫度降低始終是膨脹的,但膨脹係數越來越小。

海冰的抗壓強度約為純水冰的3/4,這顯然是因其存在許多空隙造成的。海冰對太陽輻射的反射率遠比海水的大,海水的反射率平均只有0.07,而海冰可高達0.

5~0.7。由於海冰的覆蓋面積比陸冰還大,故其反射的能量無論對海洋自身或者氣候狀況的影響都是不可忽視的。

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