ЛЬДООБРАЗОВАНИЕ И СВОЙСТВА ЛЬДА
Глава 3
ЛЬДООБРАЗОВАНИЕ
И КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЛЬДА
3.1. ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ ВОДЫ
Вода находится в трех состояниях — жидком, твердом и парообраз-
ном. Переход из одной фазы в другую определяется термодинамичес-
кими условиями. На диаграмме фазовых состояний воды (рис. 3.1) выде-
ляют три части, соответствующие указанным трем состояниям воды.
Линии, делящие эти части, характеризуют условия воды, находящейся
одновременно в двух состояниях. Точка пересечения этих линий назы-
вается тройной точкой и характеризует условия, при которых могут од-
новременно существовать все три фазы — вода, лед и пар. Эта точка
соответствует температуре 0,01°С и давлению насыщенных паров
610 Па. При нормальном атмосферном давлении в 1 атм температура
плавления чистого льда равна нулю, а температура кипения воды —
100°С.
Особенностью представленной диаграммы является то, что граница
лед-вода точно характеризует зависимость температуры плавления
льда от давления. При обратном процессе (замерзании воды) возможно
переохлаждение воды и соответственно существование ее жидкой фазы
при более низкой температуре. Температура плавления льда умень-
шается с повышением давления на границе раздела твердой и жидкой
фаз примерно на 0,1°С/МПа (0,01°С на 1 атм).
Граница лед-пар характеризует зависимость температуры испаре-
ния (возгонки) льда от величины давления насыщенных паров. Это зна-
чит, что в данном случае мы оперируем не величиной давления воздуха
на лед, а давлением водяных паров на границе раздела лед-воздух.
С понижением температуры содержание и давление водяных паров
в воздухе резко уменыпаются, соответственно уменьшается и тем-
пература фазовых переходов. При нормальном атмосферном давлении
воздуха и температуре воздуха 0°С давление насыщенных паров над
плоской поверхностью льда составляет 610 Па, при температуре
—10°С - 260 Па, при -20°С - 103 Па. Над поверхностью переохлаж-
денной воды давление насыщенных паров несколько выше, чем над
поверхностью льда, и составляет 286 Па при температуре —10°С и
124 Па при -20°С.
19