「科學放大鏡」莫斯科流眼淚,人工造雪紛飛

2020-12-23 中國科學技術館

這個冬天,

莫斯科的12月打破了

140年來最高溫記錄,

因為不下雪,

人們不得不用人造雪景來迎接新年。

當我國網友得知這件事,有人想把雪分給莫斯科一點兒:

也有很多人表示感同身受:

不少地方的小夥伴都在感嘆:小時候下雪很平常,現在卻難得一見……

的確,近幾年,由於全球氣候變暖,極端天氣多發,不僅俄羅斯迎來了罕見的暖冬天氣,在中國的很多地方,下雪也變成了一件奢侈的事情。

然鵝,不下雪並不能阻止大家對玩雪的渴望,因為我們還有人造雪!

看著噴雪機洋洋灑灑噴出的雪花,感覺冬天並沒有離我們而去。

不過,你也可能會有一些好奇,

人造雪是雪嗎?

人造雪,想造就能造?

有了人造雪,不下雪也沒關係?

看完下面人造雪的自白,

你可能就有答案了!

hi,我是一朵人造雪花。你以為我和自然雪花是雙胞胎,但其實我們很不一樣。

首先給大家講解下自然雪花的形成。當環境條件達到形成晶核標準時(比如溫度、溼度等),空氣中的水分子就會凝華成小冰晶,這些小冰晶不斷生長、結合就變成了美麗的自然雪花。

而大多數雪花之所以呈六邊形其關鍵在於「晶體」兩個字。自然界中的固體物質可以分為晶體和非晶體兩種形態,它們之間的區別如下圖:

↓ 晶體平面圖:

內部結構規則有序

↑非晶體平面圖:

內部結構雜亂無序

雪花的初始狀態——小冰晶就屬於晶體,而且冰晶還屬於六方晶系,其結構如下:

也就是說,冰晶本身應呈六稜柱形,但是在結晶過程中主軸方向晶體發育很慢,而輔軸方向發育較快,晶體就呈現出六邊形片狀。

在冰晶逐漸長大過程中,由於受到溫度、溼度、風等自然環境的影響,它們各自又會出現不同的生長姿態,但不管怎樣都會在六邊形的基礎上延伸,也就出現了以下不同形狀的雪花:

而我的誕生,就少了一些浪漫色彩。最常用的製造方法是炮筒式造雪機。

沒錯,就是下面這個可以噴雪的「大炮」:

將水管與造雪機相連,造雪機內的空氣壓縮機將水壓縮成小水滴,後由風機將其吹到外界,噴出後,遇到低溫變成小冰晶(晶核體),之後與空氣中水蒸氣結合,就變成了雪花,簡單講就是水滴凝固成冰晶的過程。

但由於人造雪形成的時間短、生長快,雪花形狀基本一致,而且人造雪密度更大,自然雪花密度約為328公斤/立方,而人造雪密度約為856公斤/立方。因此在相同條件下,同體積人造雪比自然雪融化得慢

你以為人造雪想造就能造?真是~

其實,雪炮受氣溫和溼度的影響很大,這幾年,一些地方冬天氣溫越來越高,雪炮造雪的雪量有限,很多滑雪場連正常營業都難以維持。

還有,聽說最近你們人類喜歡上了一種人造雪粉?

把水倒在白色粉末上

粉末浸溼後會瞬間膨脹

變成細小的白色雪粒

摸上去

就像真雪一樣

首先聲明,人造雪粉和我不是一種東西。嚴格來說,人造雪粉連雪都不是。

它本質上是一種吸水性直鏈高分子聚合物,簡單說,它就是由以下無數個相同的小團體「手拉手」形成的:

當泡進液體時,水分子就能夠滲透進入這個聚合物內部,從而使聚合物發生膨脹,內部結構發生改變。微觀上表現為凝膠網絡伸展膨脹;宏觀上,聚合物結合水一起變成了雪花狀的小顆粒粉末。

純的聚丙烯酸鈉無毒無害,但大多數從網上買回的人造雪粉,發熱的同時還經常散發異味,這很可能是純度不太高的工業級聚丙烯酸鈉,有一定的腐蝕性。最好不要讓小朋友們直接接觸。

如果孩子們真的很期待雪花,可以試試下面幾個科學有趣的造雪小實驗:

①瓶子裡的暴風雪

準備材料:透明玻璃瓶、碗、嬰兒油、白色顏料、亮粉、水和蘇打水。

步驟:

在瓶中倒入3/4的嬰兒油;

在碗中將溫水與白色顏料混合;

用白色的水把裝有嬰兒油的罐子灌滿;

往瓶內撒些亮粉;

此時再往瓶中倒入一點蘇打水,神奇的一幕就發生了。

②暴走的雪人

準備材料:2 勺鹽、一些小蘇打、1 勺肥皂粒、水、裝飾雪人鼻子的小鈕扣、小樹枝等。

步驟:

把鹽、小蘇打、肥皂粒、水充分混合,直到可以捏成一個球形;

如果太幹,加入一勺水再捏;

直到手感和橡皮泥差不多,捏兩個球做成雪人雛形;

用紐扣、樹枝等加以裝飾。

③會長大的聖誕樹

準備材料:硬紙板、水彩筆、1/2勺羊毛衫縮水洗衣液、3勺漂白粉、3勺食用鹽、裝水容器。

步驟:

先用硬紙板剪出聖誕樹,並塗顏料;

將羊毛衫縮水洗衣液、漂白粉和食用鹽倒入裝水的容器內;

再把塗好顏料的聖誕樹紙板放入容器內;

聖誕樹上會漸漸長滿雪花,一天後變成一座「小火山」。

互動時間:低碳生活可以從日常中的哪些小改變開始呢?在留言裡寫下你的答案,我們會隨機抽取5名幸運讀者送出精美禮品一份哦~

創作:中國數字科技館新媒體團隊

審核:羅會仟 新媒體團隊特邀專家

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