आज का प्रश्न: बर्फ के टुकड़े कैसे बनते हैं और कोई भी दो एक जैसे क्यों नहीं होते? कोई भी दो हिमकण एक जैसे नहीं होते

MOBU "रुएम सेकेंडरी स्कूल"

"क्या बर्फ के टुकड़े समान हो सकते हैं"

(परियोजना)

द्वारा पूरा किया गया: पुगाचेवा अलीना,

दूसरी कक्षा का छात्र

प्रमुख: ज़खारोवा ए.एम.,

प्राथमिक स्कूल शिक्षक

रुएम गांव, 2013

मुझे गिरते हुए बर्फ के टुकड़े देखना अच्छा लगता है। मैं सोच रहा था कि क्या सभी बर्फ के टुकड़े एक जैसे होते हैं? मैंने अपनी कक्षा के बच्चों से यह पूछने का फैसला किया कि वे इस बारे में क्या सोचते हैं।

	छात्र का पूरा नाम	हाँ	नहीं
	अजमनोवा डी.
	अपाकोव वी.
	बोगदानोव ए.
	येंत्सोव ए.
	इवानोव ए.
	कुदरीवत्सेवा पी.
	लोगचेवा टी.
	मामेव ई.
	मानसरोव के.
	मिखेवा ए.
	सौतोव डी.
	सफीउलीना ओ.
	स्मोलेंत्सेवा एन.
	सोरोकिन डी.
	स्टेपानेंको एम.
	टोकटेवा डी.
	तुमानोवा वी.
नतीजा:

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, मुझे अतिरिक्त वैज्ञानिक और शैक्षिक साहित्य को देखना होगा अतिरिक्त सामग्रीइंटरनेट में।

बहुत से लोग शायद जानते हैं कि प्रकृति में एक जैसे बर्फ के टुकड़े मिलना असंभव है, लेकिन वे एक-दूसरे के समान हो सकते हैं। यह घटना सदियों पुराना रहस्य है जिसे कंप्यूटर सिमुलेशन की प्रक्रिया ने आज उजागर करने में मदद की है।

पहली बार, जर्मन खगोलशास्त्री और गणितज्ञ जोहान्स केप्लर ने अपने एक ग्रंथ में लिखते हुए समाधान के करीब जाने की कोशिश की कि सभी हिमखंडों में छह चेहरे और समरूपता का एक अक्ष होता है। महान वैज्ञानिक ने ऐसी संरचना को कणों की व्यवस्था की प्रकृति से जोड़ा। उनकी मान्यताओं ने क्रिस्टलोग्राफी के विज्ञान का आधार बनाया।

एक अन्य दार्शनिक और गणितज्ञ, फ्रांसीसी रेने डेसकार्टेस ने 1635 में बर्फ के टुकड़ों का अध्ययन और वर्णन करना शुरू किया, उन्हें नग्न आंखों से देखा। वैज्ञानिक ने उनकी संरचना को छह दांतों वाले गुलाब, लिली और यांत्रिक गियर के समान बताया। डेसकार्टेस 12 किरणों वाले बर्फ के टुकड़े को देखने और उसका वर्णन करने वाले पहले व्यक्ति भी थे। अब तक, यह माना जाता है कि बारह-नुकीले हिमपात एक दुर्लभ वस्तु है, यह निश्चित रूप से ज्ञात नहीं है कि इसका गठन किन परिस्थितियों में होता है।

1665 में, अंग्रेजी प्रकृतिवादी रॉबर्ट हुक ने माइक्रोस्कोप के तहत बर्फ के टुकड़े का अध्ययन किया। उसने विज्ञान छोड़ दिया एक बड़ी संख्या कीरेखाचित्र। और पहली तस्वीरें अमेरिकी किसान विल्स बेंटले ने ली थीं। यह आदमी बचपन से बर्फ के टुकड़े की संरचना का शौकीन था, और जब उसे अवसर मिला, तो उसने खुद को उनकी तस्वीरें लेने के लिए समर्पित कर दिया। पहला शॉट पाने के लिए उन्होंने दो साल बिताए। बेंटले द्वारा डिज़ाइन किया गया, कैमरा एक कैमरा और एक माइक्रोस्कोप का एक संकर है। यह दिलचस्प है कि पहले इन चित्रों को प्रामाणिक नहीं माना जाता था, लेकिन कुछ वर्षों बाद उन्हें पहचान लिया गया और विभिन्न चित्रों के लिए चित्रण के रूप में सफलतापूर्वक उपयोग किया गया। वैज्ञानिक लेख. 1931 में, बेंटले ने स्नो क्रिस्टल्स नामक पुस्तक प्रकाशित की, जिसमें 2,500 से अधिक तस्वीरें थीं।

लेकिन जापानियों ने इस मुद्दे के अध्ययन के लिए सबसे अधिक सावधानी से संपर्क किया। होक्काइडो विश्वविद्यालय के एक प्रोफेसर उकिहिरो नकाया ने 1932 में कृत्रिम बर्फ के टुकड़े उगाना शुरू किया, जिसने उन्हें बर्फ के क्रिस्टल का पहला वर्गीकरण बनाने की अनुमति दी। साथ ही आसपास की हवा के तापमान और आर्द्रता पर इन संरचनाओं के आकार और आकार की निर्भरता निर्धारित करने के लिए। उन्होंने 41 अलग-अलग प्रकारों वाला एक वर्गीकरण बनाया। कागा शहर में, जो होन्शू द्वीप के पश्चिम में स्थित है, एक "म्यूजियम ऑफ स्नो एंड आइस" है, जो एक वैज्ञानिक के नाम पर है। कृत्रिम हिमपात के उत्पादन के लिए एक मशीन है। कई वर्षों बाद, 1996 में, मौसम विज्ञानी मैगानो और जू ली द्वारा 80 प्रकारों का वर्णन किया गया था।

इस प्रकार, वैज्ञानिक और शैक्षिक साहित्य का अध्ययन किया यह मुद्दा, इंटरनेट पर सर्च करते हुए, गिरते हुए बर्फ के टुकड़ों को देखने के बाद, मैं आ गयानिष्कर्ष है कि कोई समान हिमपात नहीं हैं, प्रत्येक हिमपात अपने तरीके से सुंदर है।

हिमपात

सर्दी बर्फ में ढकी हुई है

सुबह से अंधेरा होने तक।

स्नोफ्लेक्स कर्ल, स्पिन

हमारी खिड़की पर।

मानो तारे चिंगारी हों

चारों तरफ अस्त - व्यस्त।

चांदी वाले दौड़ रहे हैं

वे घर में देखते हैं।

फिर वे एक कमरा मांगेंगे,

वे फिर भाग जाते हैं

वे कांच के पीछे दौड़ पड़े

वे सड़क पर बुलाते हैं।

एस बरुज़ीन

प्रयुक्त स्रोत:

1. क्या बर्फ के टुकड़े वही हैं, या जमे हुए पानी में क्या छिपा है? - एक्सेस मोड:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/
2. बर्फ और बर्फ के टुकड़े के बारे में कविताएँ। - एक्सेस मोड:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html

"बर्फ के सिद्धांत" के अध्ययन के अग्रदूत युवा किसान विल्सन एलिसन बेंटले थे, जिन्हें "स्नोफ्लेक" उपनाम दिया गया था। बचपन से ही वे आकर्षित थे असामान्य आकारक्रिस्टल आकाश से गिरने. उत्तरी संयुक्त राज्य अमेरिका में जेरिको के अपने गृहनगर में, बर्फबारी एक नियमित घटना थी, और युवा विल्सन ने बर्फ के टुकड़ों का अध्ययन करने में बहुत समय बिताया।

विस्लॉन "स्नोफ्लेक्स" बेंटले

बेंटले ने अपने 15वें जन्मदिन के लिए अपनी मां द्वारा दिए गए एक माइक्रोस्कोप के लिए एक कैमरे को अनुकूलित किया और बर्फ के टुकड़ों को पकड़ने की कोशिश की। लेकिन तकनीक को सुधारने में लगभग पांच साल लग गए - केवल 15 जनवरी, 1885 को ही पहली स्पष्ट तस्वीर ली गई थी।

अपने पूरे जीवन में, विल्सन ने 5,000 अलग-अलग बर्फ के टुकड़े खींचे हैं। वह प्रकृति के इन लघु कार्यों की सुंदरता की प्रशंसा करने से नहीं चूके। अपनी उत्कृष्ट कृतियों को प्राप्त करने के लिए, बेंटले ने काम किया उप-शून्य तापमान, एक काले रंग की पृष्ठभूमि पर पाए गए प्रत्येक बर्फ के टुकड़े को रखकर।

विल्सन के काम की वैज्ञानिकों और कलाकारों दोनों ने प्रशंसा की है। उन्हें अक्सर बोलने के लिए आमंत्रित किया जाता था वैज्ञानिक सम्मेलनया कला दीर्घाओं में तस्वीरें प्रदर्शित करें। दुर्भाग्य से, बेंटले की निमोनिया से 65 वर्ष की आयु में मृत्यु हो गई, बिना यह साबित किए कि समान बर्फ के टुकड़े नहीं हैं।

नेशनल सेंटर फॉर एटमॉस्फेरिक रिसर्च के एक शोधकर्ता नैन्सी नाइट द्वारा "बर्फ के सिद्धांत" का बैटन सौ साल बाद उठाया गया था। 1988 में प्रकाशित एक पेपर में, उसने विपरीत साबित किया - समान बर्फ के टुकड़े हो सकते हैं और मौजूद होने चाहिए!

डॉ. नाइट ने बर्फ के टुकड़े बनाने की प्रक्रिया को पुन: पेश करने की कोशिश की प्रयोगशाला की स्थिति. ऐसा करने के लिए, उसने कई पानी के क्रिस्टल उगाए, उन्हें सुपरकूलिंग और सुपरसेटरेशन की समान प्रक्रियाओं के अधीन किया। प्रयोगों के परिणामस्वरूप, वह एक दूसरे के समान बर्फ के टुकड़े प्राप्त करने में सफल रही।

आगे की फील्ड टिप्पणियों और प्रायोगिक त्रुटियों के प्रसंस्करण ने नैन्सी नाइट को यह दावा करने की अनुमति दी कि समान हिमपात की घटना संभव है और केवल संभाव्यता सिद्धांत द्वारा निर्धारित की जाती है। आकाशीय स्फटिकों की एक तुलनात्मक सूची तैयार करने के बाद, नाइट ने निष्कर्ष निकाला कि हिमकणों में अंतर के 100 चिह्न होते हैं। तो विकल्पों की कुल संख्या उपस्थिति 100 है! वे। लगभग 10 से 158वीं शक्ति।

परिणामी संख्या ब्रह्मांड में परमाणुओं की संख्या से दोगुनी है! लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि संयोग पूरी तरह असंभव हैं - डॉ नाइट अपने काम में निष्कर्ष निकालते हैं।

और अब - "बर्फ के सिद्धांत" पर नया शोध। दूसरे दिन, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर केनेथ लिब्रेब्रेच ने अपने वैज्ञानिक समूह द्वारा कई वर्षों के शोध के परिणामों को प्रकाशित किया। "यदि आप दो समान हिमपात देखते हैं, तो वे अभी भी अलग हैं!" - प्रोफेसर कहते हैं।

लिब्रेब्रेच ने साबित किया कि 16 ग्राम/मोल के द्रव्यमान वाले प्रत्येक पांच सौ ऑक्सीजन परमाणुओं के लिए, बर्फ के अणुओं की संरचना में 18 ग्राम/मोल के द्रव्यमान वाला एक परमाणु होता है। ऐसे परमाणु के साथ एक अणु के बंधन की संरचना ऐसी है कि यह क्रिस्टल जालक के भीतर यौगिकों के असंख्य विकल्पों का तात्पर्य है। दूसरे शब्दों में, यदि दो बर्फ के टुकड़े वास्तव में एक जैसे दिखते हैं, तो उनकी पहचान को अभी भी सूक्ष्म स्तर पर सत्यापित करने की आवश्यकता है।

बर्फ (और विशेष रूप से बर्फ के टुकड़े) के गुणों को सीखना बच्चों का खेल नहीं है। जलवायु परिवर्तन के अध्ययन में बर्फ और बर्फ के बादलों की प्रकृति के बारे में ज्ञान बहुत महत्वपूर्ण है। और बर्फ के कुछ असामान्य और बेरोज़गार गुण भी व्यावहारिक अनुप्रयोग पा सकते हैं।

आइए देखें कि इसे कैसे व्यवस्थित किया जा सकता है।

एक पानी का अणु एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु एक साथ बंधे होते हैं। जब जमे हुए पानी के अणु बंधते हैं, तो प्रत्येक अणु को पास में चार अन्य संलग्न अणु मिलते हैं: प्रत्येक अणु के ऊपर प्रत्येक टेट्राहेड्रल कोने में एक। यह पानी के अणुओं को जाली के आकार में मोड़ने का कारण बनता है: एक हेक्सागोनल (या हेक्सागोनल) क्रिस्टल जाली। लेकिन बर्फ के बड़े "क्यूब्स", जैसे कि क्वार्ट्ज जमा में, अत्यंत दुर्लभ हैं। जब आप सबसे छोटे पैमानों और विन्यासों को देखते हैं, तो आप पाते हैं कि इस ग्रिड के ऊपर और नीचे के तल भरे हुए हैं और बहुत कसकर जुड़े हुए हैं: आपके पास दो तरफ "सपाट किनारे" हैं। शेष पक्षों के अणु अधिक खुले होते हैं, और अतिरिक्त पानी के अणु उन्हें अधिक यादृच्छिक रूप से बांधते हैं। विशेष रूप से, हेक्सागोनल कोनों में सबसे कमजोर बंधन होते हैं, यही वजह है कि हम क्रिस्टल वृद्धि में छह गुना समरूपता देखते हैं।



और एक हिमकण की वृद्धि, एक बर्फ के क्रिस्टल का एक विशेष विन्यास

नई संरचनाएं फिर एक ही सममित पैटर्न में बढ़ती हैं, एक निश्चित आकार तक पहुंचने के बाद हेक्सागोनल असममितता का निर्माण करती हैं। बड़े, जटिल बर्फ के क्रिस्टल में, माइक्रोस्कोप के नीचे देखे जाने पर सैकड़ों आसानी से अलग-अलग विशेषताएं होती हैं। नेशनल सेंटर फॉर एटमॉस्फेरिक रिसर्च के चार्ल्स नाइट के अनुसार, लगभग 1019 पानी के अणुओं में से सैकड़ों विशेषताएं जो एक विशिष्ट हिमपात बनाती हैं। इनमें से प्रत्येक कार्य के लिए, लाखों संभावित स्थान हैं जहाँ नई शाखाएँ बन सकती हैं। ऐसी कितनी नई विशेषताएं हैं जो एक स्नोफ्लेक बना सकती हैं और फिर भी कई में से एक नहीं बन सकती हैं?

दुनिया भर में हर साल, लगभग 10 15 (क्वाड्रिलियन) घन मीटर बर्फ जमीन पर गिरती है, और प्रत्येक घन मीटर में कई अरब (10 9) अलग-अलग बर्फ के टुकड़े होते हैं। चूंकि पृथ्वी लगभग 4.5 अरब वर्षों से अस्तित्व में है, इसलिए पूरे इतिहास में ग्रह पर 10 34 बर्फ के टुकड़े गिरे हैं। और क्या आप जानते हैं कि कितने, सांख्यिकीय रूप से बोलने वाले, अलग, अद्वितीय, सममित शाखाओं में बंटने वाली विशेषताएं एक स्नोफ्लेक हो सकती हैं और पृथ्वी के इतिहास में एक निश्चित बिंदु पर एक जुड़वा की उम्मीद कर सकती हैं? केवल पांच। जबकि वास्तविक, बड़े, प्राकृतिक हिमकणों में आमतौर पर सैकड़ों की संख्या में होते हैं।



बर्फ के टुकड़े में एक मिलीमीटर के स्तर पर भी, आप उन खामियों को देख सकते हैं जिनकी नकल करना मुश्किल है।

और केवल सबसे सांसारिक स्तर पर आप गलती से दो समान बर्फ के टुकड़े देख सकते हैं। और अगर आप आणविक स्तर तक नीचे जाने को तैयार हैं, तो चीजें बहुत खराब हो जाती हैं। ऑक्सीजन में आमतौर पर 8 प्रोटॉन और 8 न्यूट्रॉन होते हैं, जबकि हाइड्रोजन में 1 प्रोटॉन और 0 न्यूट्रॉन होते हैं। लेकिन 500 ऑक्सीजन परमाणुओं में से 1 में 10 न्यूट्रॉन होते हैं, 5000 हाइड्रोजन परमाणुओं में से 1 में 1 न्यूट्रॉन होता है, न कि 0. भले ही आप सही हेक्सागोनल बर्फ के क्रिस्टल बनाते हैं, और आपने ग्रह पृथ्वी के पूरे इतिहास में 10 34 बर्फ के क्रिस्टल गिने हैं, यह होगा एक अनूठी संरचना खोजने के लिए कई हजार अणुओं (दृश्यमान प्रकाश की लंबाई से कम) के आकार तक नीचे जाने के लिए पर्याप्त होना चाहिए, जिसे ग्रह ने पहले कभी नहीं देखा है।



लेकिन अगर आप परमाणु और आणविक अंतरों को अनदेखा करते हैं और "प्राकृतिक" को छोड़ देते हैं, तो आपके पास एक मौका है। कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के स्नोफ्लेक शोधकर्ता केनेथ लिब्रेब्रेच ने स्नोफ्लेक्स के कृत्रिम "समान जुड़वाँ" बनाने के लिए एक तकनीक विकसित की है और स्नोमास्टर 9000 नामक एक विशेष माइक्रोस्कोप का उपयोग करके उनकी तस्वीर ली है।

प्रयोगशाला में उन्हें अगल-बगल उगाकर, उन्होंने दिखाया कि दो बर्फ के टुकड़े बनाना संभव है जो अप्रभेद्य थे।



कैलटेक लैब में दो लगभग एक जैसे हिमकण उगाए गए

लगभग। वे एक ऐसे व्यक्ति के लिए अप्रभेद्य होंगे जो सूक्ष्मदर्शी के माध्यम से अपनी आँखों से देखता है, लेकिन वे सत्य में समान नहीं होंगे। एक जैसे जुड़वाँ बच्चों की तरह, उनमें कई अंतर होंगे: उनके पास होगा अलग - अलग जगहेंअणुओं के बंधन विभिन्न गुणब्रांचिंग, और वे जितने बड़े होते हैं, ये अंतर उतने ही मजबूत होते हैं। यही कारण है कि ये बर्फ के टुकड़े बहुत छोटे होते हैं और माइक्रोस्कोप शक्तिशाली क्यों होता है: जब वे कम जटिल होते हैं तो वे अधिक समान होते हैं।



कैलटेक लैब में दो लगभग एक जैसे हिमकण उगाए गए

फिर भी, कई हिमकण एक दूसरे के समान हैं। लेकिन अगर आप संरचनात्मक, आणविक या परमाणु स्तर पर वास्तव में समान बर्फ के टुकड़े की तलाश कर रहे हैं, तो प्रकृति आपको यह कभी नहीं देगी। ऐसी कई संभावनाएँ न केवल पृथ्वी के इतिहास के लिए, बल्कि ब्रह्मांड के इतिहास के लिए भी महान हैं। यदि आप जानना चाहते हैं कि ब्रह्मांड के 13.8 अरब वर्षों के इतिहास में आपको दो समान बर्फ के टुकड़े प्राप्त करने के लिए कितने ग्रहों की आवश्यकता है, तो उत्तर 10 1000000000000000000000000 के क्रम में है। यह देखते हुए कि देखने योग्य ब्रह्मांड में केवल 1080 परमाणु हैं, यह अत्यधिक संभावना नहीं है। तो हाँ, बर्फ के टुकड़े वास्तव में अद्वितीय हैं। और वह इसे हल्के ढंग से रख रहा है।

• अनुवाद

हिमपात विभिन्न रूपऔर आकार जो प्राकृतिक वातावरण में दिखाई देते हैं। पॉपुलर साइंस मंथली वॉल्यूम #53, 1898 से फोटो

आपने "विशेष हिमपात" के बारे में कहावत सुनी होगी। हम इस तथ्य के बारे में बात कर रहे हैं कि बर्फ के टुकड़े सुंदर और मूल्यवान हैं क्योंकि उनमें से एक बड़ी संख्या में दो समान मिलना असंभव है। वे कहते हैं कि कोई भी दो बर्फ के टुकड़े एक जैसे नहीं होते - लेकिन क्या वास्तव में ऐसा है? विज्ञान इस बारे में क्या सोचता है, यह देखने लायक है - यह वही है जो हमारे पाठकों में से एक हमसे पूछता है:

मैंने वैज्ञानिकों को कहते सुना है कि कोई भी दो हिमकण एक जैसे नहीं होते। और मैं कहूंगा: यह निश्चित रूप से कैसे जाना जा सकता है, जब तक कि आप उन सभी बर्फ के टुकड़ों का अध्ययन न करें जो जमीन पर गिर गए हैं? हो सकता है कि रूस में कहीं एक हिमपात उसी समय गिरता है जब मिनेसोटा में कहीं एक समान हिमपात होता है।

इस मुद्दे को संबोधित करने के लिए वैज्ञानिक बिंदुदृष्टि, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि हिमपात कैसे प्राप्त किया जाता है और दो समान हिमकणों के प्राप्त होने की कितनी संभावना है।



एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत स्नोफ्लेक

एक हिमपात एक विशिष्ट ठोस विन्यास में एक साथ बंधे पानी के अणु होते हैं। उनमें से ज्यादातर में हेक्सागोनल समरूपता है; यह उस कोण के कारण है जिस पर पानी के अणु एक दूसरे से बंध सकते हैं। यह कोण ऑक्सीजन परमाणु, दो हाइड्रोजन परमाणुओं और विद्युत चुम्बकीय संपर्क के भौतिकी द्वारा निर्धारित किया जाता है। एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के साथ देखा जा सकने वाला सबसे सरल सूक्ष्म बर्फ का क्रिस्टल आकार में एक मीटर (1 माइक्रोमीटर) का दस लाखवाँ हिस्सा है और कर सकता है सरल आकार- उदाहरण के लिए, एक सपाट षट्भुज। यह केवल लगभग 10,000 परमाणुओं में समा सकता है, और उनमें से आप बहुत से ऐसे ही पा सकते हैं।

बर्फ के टुकड़े की हेक्सागोनल समरूपता लंबे समय से ज्ञात है। तस्वीरों का यह संग्रह 1902 का है।

गिनीज बुक ऑफ वर्ल्ड रिकॉर्ड्स के अनुसार, नैन्सी नाइट, नेशनल सेंटर फॉर एटमॉस्फेरिक रिसर्च के एक वैज्ञानिक, एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करके 1988 के विस्कॉन्सिन बर्फ़ीले तूफ़ान से बर्फ के क्रिस्टल की जांच करते हुए दो समान बर्फ के टुकड़े देखने के लिए भाग्यशाली थे। लेकिन गिनीज माइक्रोस्कोप के लिए उपलब्ध सटीकता को ध्यान में रखते हुए बर्फ के टुकड़े की पहचान के आधार पर ही एक प्रमाण पत्र जारी करता है। जब भौतिकी को दो वस्तुओं की पहचान की आवश्यकता होती है, तो इसका अर्थ है उप-परमाणु कणों की पहचान! और इसका मतलब है:

यह आवश्यक है कि ठीक ऐसे कण हों
इस विन्यास में गठित।
उनके बीच समान कनेक्शन के साथ
दो अलग-अलग मैक्रोस्कोपिक सिस्टम में।

आइए देखें कि इसमें क्या लगेगा।

एक पानी का अणु एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु एक साथ बंधे होते हैं। जब जमे हुए पानी के अणु आपस में जुड़ते हैं, तो चार अन्य अणु उनमें से प्रत्येक से बंधे होते हैं: उस अणु पर केंद्रित टेट्राहेड्रॉन के प्रत्येक कोने पर एक। नतीजतन, पानी के अणुओं को एक हेक्सागोनल जाली में पैक किया जाता है। क्रिस्टल लैटिस. लेकिन बर्फ के बड़े प्रिज्मीय "क्यूब्स", जैसे कि क्वार्ट्ज जमा में पाए जाते हैं, अत्यंत दुर्लभ हैं। सबसे छोटे पैमाने और विन्यास से शीर्ष स्तर पर जाने पर, आप देखेंगे कि इस जाली की ऊपरी और निचली सतहें बहुत सघन रूप से भरी हुई हैं और एक दूसरे से जुड़ी हुई हैं - दोनों तरफ सपाट चेहरे हैं। इसके विपरीत, अलग-अलग अणु शेष चेहरों पर दिखाई देते हैं, और नए पानी के अणु उन्हें अधिक यादृच्छिक क्रम में बांधते हैं। षट्कोण के कोनों पर, बंधन सबसे कमजोर होते हैं, यही वजह है कि बढ़ते क्रिस्टल में हेक्सागोनल समरूपता दिखाई देती है।

बर्फ के क्रिस्टल का निर्माण और विकास, वीडियो टुकड़ा

फिर नवगठित संरचनाएं इस सममित पैटर्न में बढ़ती हैं, जब वे एक निश्चित आकार तक पहुंचती हैं तो हेक्सागोनल विषमता को बनाए रखती हैं। बड़े और जटिल बर्फ के क्रिस्टल में माइक्रोस्कोप के माध्यम से सैकड़ों दृश्य विशेषताएं होती हैं। आप सैकड़ों देख सकते हैं विशिष्ठ सुविधाओंनेशनल सेंटर फॉर एटमॉस्फेरिक रिसर्च के चार्ल्स नाइट के अनुसार, और लगभग 10 19 पानी के अणु, जो एक विशिष्ट स्नोफ्लेक बनाते हैं। और इनमें से प्रत्येक विशेषता के लिए लाखों उपयुक्त स्थान हैं जहाँ नए अंकुर बन सकते हैं। तो इनमें से कितनी नई विशेषताएँ एक हिमकण का निर्माण कर सकती हैं और फिर भी किसी अन्य के समान हो सकती हैं?

पूरा वीडियो

हर साल लगभग 3*10 13 क्यूबिक मीटर बर्फ जमीन पर गिरती है, और प्रत्येक में घन मापीलगभग 3*10 10 स्नोफ्लेक शामिल हैं. चूंकि पृथ्वी लगभग 4.5 अरब वर्षों से अस्तित्व में है, इसलिए इसके पूरे इतिहास में लगभग 10 34 बर्फ के टुकड़े इस पर गिरे हैं। सांख्यिकीय रूप से बोलते हुए, एक स्नोफ्लेक की अलग-अलग अद्वितीय सममित रूप से शाखाओं वाली विशेषताओं की संख्या जो पृथ्वी के पूरे इतिहास में एक समान जुड़वाँ हो सकती है, पाँच है। इसी समय, असली, पूरी तरह से विकसित प्राकृतिक हिमपात में ऐसी सैकड़ों विशेषताएं हैं।

यहां तक ​​​​कि एक हिमपात पर एक मिलीमीटर पैमाने पर, आप कई खामियां देख सकते हैं जो दूसरे को पुन: पेश करना मुश्किल बनाते हैं, ठीक उसी हिमपात का।

दो समान बर्फ के टुकड़े वास्तव में तभी पाए जा सकते हैं जब हम सबसे छोटे क्रिस्टल पर विचार करें शुरुआती अवस्थाविकास। और अगर आप मॉलिक्यूलर लेवल तक नीचे जाते हैं तो स्थिति और भी खराब हो जाती है। आमतौर पर, ऑक्सीजन में 8 प्रोटॉन और 8 न्यूट्रॉन होते हैं, जबकि हाइड्रोजन में 1 प्रोटॉन और 0 न्यूट्रॉन होते हैं। हालाँकि, 500 ऑक्सीजन परमाणुओं में से एक में 10 न्यूट्रॉन होते हैं, और 5000 हाइड्रोजन परमाणुओं में से एक में 1 न्यूट्रॉन होता है, न कि 0. पूरे इतिहास में - 10 34, आपको केवल कई हज़ार अणुओं के आकार तक बढ़ने की आवश्यकता होगी, अर्थात 0.01 माइक्रोन के आकार वाला एक बर्फ का टुकड़ा (यह दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से कम है) एक अनूठी संरचना प्राप्त करने के लिए जिसे दुनिया ने अभी तक नहीं देखा है।

एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत रिम के साथ एक हेक्सागोनल स्नो क्रिस्टल का अध्ययन करते समय, आप देख सकते हैं कि इसमें कितनी सूक्ष्म और विविध खामियां हैं जिन्हें आणविक स्तर पर पुन: पेश नहीं किया जा सकता है।

लेकिन अगर आप परमाणु और आणविक स्तर पर मतभेदों को अनदेखा करना चाहते हैं और कृत्रिम हिमपात का उपयोग करना चाहते हैं, तो आपके पास एक मौका है। कैलटेक के स्नोफ्लेक शोधकर्ता केनेथ लिब्रेब्रेच ने कृत्रिम समान स्नोफ्लेक्स बनाने और एक विशेष माइक्रोस्कोप का उपयोग करके उन्हें चित्रित करने के लिए एक तकनीक विकसित की है जिसे वह स्नोमास्टर 9000 कहते हैं।

कुछ प्रयोगशाला परिस्थितियों में साथ-साथ हिमकणों को उगाकर, उन्होंने दिखाया कि दो हिमकणों का निर्माण संभव है जो एक-दूसरे से अप्रभेद्य हों।

अच्छा, या ऐसा ही कुछ। वे एक माइक्रोस्कोप के माध्यम से देखने वाले व्यक्ति के लिए अप्रभेद्य हैं - लेकिन वास्तव में वे अलग हैं। समान जुड़वाँ की तरह, उनमें कई अंतर होते हैं: आणविक बंधनों के विभिन्न स्थान, थोड़ा अलग शाखाएँ, और वे जितने बड़े होते हैं, ये अंतर उतने ही बेहतर दिखाई देते हैं। यही कारण है कि इन बर्फ के टुकड़ों को छोटा बनाया जाता है, और सूक्ष्मदर्शी को शक्तिशाली लिया जाता है: बर्फ के टुकड़े जितने सरल होते हैं, उनके बीच अंतर उतना ही कम होता है।

हालांकि, कई स्नोफ्लेक एक दूसरे के समान हैं। लेकिन अगर आप संरचनात्मक, आणविक या परमाणु स्तर पर वास्तव में समान बर्फ के टुकड़े की तलाश करते हैं, तो प्रकृति आपको यह कभी नहीं देगी। संभावनाओं की संख्या न केवल पृथ्वी के इतिहास के लिए बल्कि ब्रह्मांड के इतिहास के लिए भी बहुत बड़ी है। यदि हम गणना करते हैं कि ब्रह्मांड के अस्तित्व के सभी 13.8 बिलियन वर्षों के लिए दो समान बर्फ के टुकड़े खोजने का मौका देने के लिए हमें कितने पृथ्वी ग्रहों की आवश्यकता है, तो हमें 10 10 000 000 000 000 000 000 के क्रम की संख्या मिलती है। . और चूंकि देखने योग्य ब्रह्मांड में केवल 1080 परमाणु हैं, यह बहुत कम संभावना है। तो, जाहिर है, सभी हिमपात वास्तव में अद्वितीय हैं।

विषयसूची।

परिचय।

अध्याय 1।

1.1. हिमकणों की उत्पत्ति।

1.2 क्या हिमकण समान हैं?

अध्याय 2. मेरे प्रयोग।

अध्याय 3

4। निष्कर्ष।

5. प्रयुक्त स्रोत।

इस अध्ययन का उद्देश्य:

हिमपात करना सीखें अद्भुत घटनाप्रकृति।

अनुसंधान के उद्देश्य :

प्रकृति में बर्फ के टुकड़े देखना;

बर्फ के टुकड़े के गठन का अध्ययन;

हिमकणों के विभिन्न रूपों की पहचान;

अनुभवजन्य रूप से बर्फ के टुकड़े के गठन का निरीक्षण करें;

बर्फ के टुकड़े के बारे में छात्रों के ज्ञान को प्रकट करें।

परिकल्पना।

यदि बर्फ के टुकड़े पिघलने पर पानी बनता है, तो पानी से बर्फ के टुकड़े बनते हैं।

यदि इतने अधिक बर्फ के टुकड़े हैं, तो प्रकृति में बड़ी संख्या में समान बर्फ के टुकड़े होने चाहिए।

अध्ययन का विषय।

हिमपात

बर्फ

विषय की प्रासंगिकता। प्रत्येक छोटा बच्चाबहुत जिज्ञासु और हर कोई क्या, कहाँ, कैसे ... में रुचि रखता है?

तलाश पद्दतियाँ:

1. हिमकणों के बारे में साहित्य का अध्ययन करना।

2. बर्फ के टुकड़े की तस्वीरें खींचना।

3. प्रयोग करना।

4. किए गए कार्य का विश्लेषण।

अध्ययन का समय:जनवरी फ़रवरी2017.

परिचय।

मैं हिमपात के बारे में एक मर्मस्पर्शी, कोमल और मंत्रमुग्ध करने वाली कविता के साथ शुरुआत करूँगा।

हिमपात का एक खंड।

हल्का शराबी, सफेद बर्फ का टुकड़ा,

कितना निर्मल, कितना वीर!

तूफानी सड़क पर आसानी से बह जाती है,

नीली ऊंचाइयों तक नहीं - वह जमीन मांगती है।

चमकदार कुशल ग्लाइड की किरणों में

पिघलने वाले गुच्छे के बीच, यह सफेद संरक्षित होता है।

लेकिन लंबी सड़क समाप्त होती है

एक स्फटिक तारा पृथ्वी को स्पर्श करता है।

एक भुलक्कड़ हिमपात बोल्ड है

कितना पवित्र, कितना सफेद!

(कोंस्टेंटिन बालमोंट)

अध्याय 1।

1.1 हिमकणों की उत्पत्ति।

हिमपात झूठ है। बर्फ के टुकड़े उड़ रहे हैं। यहाँ क्या असामान्य है? अभी सर्दी है। और फिर भी, यह प्रकृति का एक और चमत्कार है जिसने हमें यह दिया है अद्भुत दुनिया! अतुल्य सौंदर्य, क्या यह नहीं? वास्तव में, अद्भुत हमारे चारों ओर है। इसलिए, जब बर्फ पड़ी है या बर्फ के टुकड़े उड़ रहे हैं, तो हम न केवल पृथ्वी पर सर्दी की घटना देख रहे हैं, बल्कि अध्ययन के योग्य प्रकृति का एक वास्तविक चमत्कार है।

एक हिमपात एक जटिल सममित संरचना है जिसमें बर्फ के क्रिस्टल होते हैं। बर्फ तब बनती है जब बादलों में पानी की सूक्ष्म बूंदें धूल के कणों की ओर आकर्षित होती हैं और जम जाती हैं। एक ही समय में दिखाई देने वाले बर्फ के क्रिस्टल नीचे गिरते हैं और उन पर हवा से नमी के संघनन के परिणामस्वरूप बढ़ते हैं। इस मामले में, छह-नुकीले क्रिस्टलीय रूप बनते हैं। और बर्फ के टुकड़े को छह-नुकीले तारे के रूप में जमीन पर भेजा जाता है। लेकिन वे बर्फ के रूप में जमीन पर तभी पहुंचते हैं जब तापमान शून्य से नीचे हो। यदि तापमान अधिक होता है, तो बर्फ के टुकड़े वाष्पित हो जाते हैं और जल वाष्प में बदल जाते हैं, जो फिर से ऊपर उठता है। या फिर ये क्रिस्टल पिघल कर बारिश या अनाज के रूप में जमीन पर गिर जाते हैं। और कभी-कभी ऐसा होता है कि किसी ऊंची इमारत की छत पर बर्फ गिर रही हैऔर बाहर पहले से ही बारिश हो रही है।

बर्फ के टुकड़े का प्रकार बादल में पानी की मात्रा पर निर्भर करता है जहां यह उत्पन्न हुआ, हवा का तापमान और समुद्र तल से ऊंचाई। यहां तक ​​​​कि अगर दो समान बर्फ के टुकड़े "पैदा" होते हैं, तो उन्हें लगभग 1 किमी की गति से जमीन पर जाना होगा। एक बजे। वे अलग-अलग तापमान स्थितियों में गिरते हैं और पूरी तरह से अलग पैटर्न के साथ जमीन पर पहुंचते हैं, लेकिन हमेशा एक हेक्सागोनल आकार में। वैज्ञानिक बर्फ के टुकड़ों के कई बुनियादी आकार की पहचान करने में सक्षम हैं। उन्हें नाम भी दिए गए थे:

तारा,

तश्तरी,

कॉलम,

सुई,

फुलाना,

कांटेदार जंगली चूहा,

संवर्धन।

हिमकणों का आकार मौसम पर निर्भर करता है।

हवा रहित ठंढे दिन में, बर्फ के टुकड़े धीरे-धीरे गिरते हैं। वे बड़े, चमकदार, सितारों की तरह हैं। स्नोफ्लेक एक-एक करके गिरते हैं, इसलिए उन्हें देखना आसान होता है।

हल्की ठंढ में, बर्फ के टुकड़े बर्फ के गोले की तरह दिखते हैं - "स्नो ग्रोट्स"। और जब तेज हवावहाँ "बर्फ की धूल" है, क्योंकि हवा बर्फ के टुकड़ों की किरणों और किनारों को तोड़ देती है।

जब कोई ठंढ नहीं होती है, तो जमीन पर गिरकर बर्फ के टुकड़े एक दूसरे से चिपक जाते हैं और "बर्फ के गुच्छे" बन जाते हैं। वे बड़े होते हैं और रूई के टुकड़ों के समान होते हैं।

प्रत्येक स्नोफ्लेक एक फिंगरप्रिंट या मानव डीएनए के रूप में अद्वितीय है। कोई समान बर्फ के टुकड़े नहीं हैं, जैसे पेड़ों पर समान पत्ते, समान वर्षाबूंदों, समान लोग नहीं हैं।

लेकिन अगर बर्फ का टुकड़ा एक क्रिस्टल है, तो यह सफेद क्यों है, क्या यह पारदर्शी होना चाहिए? यह इसमें बंद हवा (95%) के कारण होता है! प्रकाश क्रिस्टल और हवा के बीच की सतहों पर प्रतिबिंबित होता है और बिखर जाता है। हवा के लिए धन्यवाद, बर्फ के टुकड़े बहुत हल्के होते हैं। बहुत भारी हिमपात के दौरान भी, लोग या जानवर लंबे समय तक बर्फ के नीचे सांस ले सकते हैं।

1.2। क्या समान बर्फ के टुकड़े हैं?

क्या दो समान बर्फ के टुकड़े हैं? नहीं! यह 1885 में किसान विल्सन बेंटले द्वारा अपने काम में साबित किया गया था, और यह वह था जिसने एक माइक्रोस्कोप के तहत बर्फ के टुकड़े की पहली तस्वीर लेने में कामयाबी हासिल की थी। और ऐसा करने में उन्हें 46 साल लग गए!
बचपन से, उन्होंने आकाश से गिरने वाले क्रिस्टल के आकार का अध्ययन किया, जिसके लिए उन्हें "स्नोफ्लेक" उपनाम मिला। विल्सन ने अपना पूरा जीवन बर्फ के टुकड़ों के अध्ययन के लिए समर्पित कर दिया, कुल मिलाकर उन्होंने 5000 तस्वीरें लीं, और उनमें से किसी में भी बर्फ के टुकड़े दोहराए नहीं गए थे।

बर्फ की संरचना के बारे में सोचने वाले पहले वैज्ञानिकों में से एक जर्मन गणितज्ञ और खगोलशास्त्री जोहान्स केप्लर (1571-1630) थे। 1611 में उन्होंने एक लघु ग्रंथ, द न्यू ईयर प्रेजेंट, या हेक्सागोनल स्नोफ्लेक्स पर प्रकाशित किया, जिसे पहला कहा जा सकता है वैज्ञानिकों का कामहिमपात को समर्पित।

अध्याय 2. अनुसंधान।

मैं हमेशा सोचता था कि अगर बर्फ पिघलने के बाद पानी बनता है तो जमने के बाद पानी की बूंदें बर्फ के टुकड़ों में बदल जाएंगी।

प्रयोग 1

मैंने पानी की बूंदों को जमाया, लेकिन बर्फ के टुकड़े काम नहीं आए।और उसका अर्थ यह निकलता है , पानी की बूंदों से बर्फ दिखाई नहीं देती। पानी की बूंदें ओले बन सकती हैं, बर्फ के ढेले बन सकते हैं, लेकिन बर्फ के टुकड़े नहीं।.

प्रयोग 2

बर्फ में, मैं बाहर चला गया, बर्फ के नीचे अपनी बिल्ली का बच्चा डाल दिया। उस पर कई बर्फ के टुकड़े गिरे। मैंने उन्हें एक आवर्धक कांच से देखा।

साथ बहिनों को तभी अच्छी तरह देखा जा सकता है जब वे आपके हाथ की हथेली में आती हैं। कुछ छोटे बल के प्रभाव में, वे टूट जाते हैं, जिसका अर्थ है कि बर्फ के टुकड़े बहुत नाजुक होते हैं।

मैंने 40 प्राथमिक विद्यालय के छात्रों का साक्षात्कार लिया।

साक्षात्कार के परिणामों के अनुसार

40 में से 35 लोग कहते हैं कि बर्फ का टुकड़ा पानी से बना होता है;

40 में से 30 लोगों का कहना है कि एक जैसे हिमकण हैं;

चूंकि मुझे वास्तव में बर्फ के टुकड़े पसंद हैं, इसलिए मैंने सीखा कि उन्हें कागज से कैसे काटा जाए, सजाया जाए और खींचा जाए।

पर नया सालमेरे पास एक स्नोफ्लेक पोशाक थी:

और यह भी, मेरे माता-पिता और मैंने याद किया कि कैसे हमने डिजाइनर के विवरण से घर बनाया। मैंने छोटे हिस्से लिए, और इमारत बड़ी निकली। प्रकृति भी निर्माण करना जानती है। लेकिन वह घर नहीं बनाती है, लेकिन एक असामान्य बर्फ निर्माता से बर्फ के टुकड़े - छोटे बर्फ के टुकड़े से!

अध्याय 3

1987 में फोर्ट कोए (मोंटाना, यूएसए) में बर्फबारी के दौरान एक बर्फ का टुकड़ा मिला था - 38 सेंटीमीटर व्यास वाला एक विश्व रिकॉर्ड धारक।

आधी से ज्यादा आबादी पृथ्वीतस्वीरों को छोड़कर कभी बर्फ नहीं देखी।

सुदूर उत्तर में, बर्फ इतनी कठोर होती है कि जब कुल्हाड़ी से वार किया जाता है, तो वह ऐसे बजती है जैसे लोहे पर मारा गया हो।

जापान में, वैज्ञानिक बर्फ के टुकड़े को स्वर्ग से पत्र कहते हैं, जो गुप्त चित्रलिपि में लिखे गए हैं।

निष्कर्ष।

विषय पर काम करते हुए, मैंने अपना लक्ष्य हासिल कर लिया और बर्फ के टुकड़े के बारे में बहुत कुछ सीखा। अध्ययन और शोध की प्रक्रिया में, मैंने अपने द्वारा निर्धारित कार्यों को हल किया। दुर्भाग्य से, मेरी परिकल्पना की पुष्टि नहीं हुई। परियोजना पर काम करते हुए, मैंने सीखा कि कोई भी दो हिमकण एक जैसे नहीं होते। मैंने यह भी सीखा कि वे हीरे की धूल से प्रकट होते हैं, उनका हमेशा एक केंद्र होता है, सममित और षट्कोणीय होते हैं।

प्रयुक्त स्रोत:

क्या बर्फ के टुकड़े वही हैं, या जमे हुए पानी में क्या छिपा है? - एक्सेस मोड:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/

बर्फ और बर्फ के टुकड़े के बारे में कविताएँ। - एक्सेस मोड:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html