Regelace

tání ledu pod tlakem a následné zamrzání

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.

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

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 povrchuEditovat

 
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 regelaceEditovat

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 představyEditovat

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.

OdkazyEditovat

ReferenceEditovat

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).

LiteraturaEditovat

  • 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.