Термодинамика… — Задание 21 ЕГЭ по физике №00016566

В горах в ясную морозную погоду на чистом снегу вырастают крупные ледяные кристаллы. Жидкая вода при этом нигде не появляется: воздух холодный, снег не тает. Значит, лёд переносится с места на место через пар.

Шаг 1 — снег испаряется, не тая. Яркое солнце передаёт снегу энергию излучением. Чистый снег отражает большую часть света, поэтому нагревается слабо, до $0\ ^\circ\text{C}$ не доходит и не плавится. Но поглощённой энергии хватает на сублимацию (возгонку): молекулы воды покидают лёд и переходят сразу в пар. Чистый снег к тому же частично пропускает свет, поэтому энергия поглощается не только на самой поверхности, но и в верхнем слое снега, и пар образуется в его толще.

Шаг 2 — пар становится пересыщенным. Воздух над снегом холодный. Давление насыщенного пара быстро уменьшается с понижением температуры, поэтому пар, выходящий из прогретого слоя снега к холодной поверхности, оказывается там в избытке — его больше, чем может содержаться в воздухе при этой температуре.

Шаг 3 — пар превращается в лёд. Избыточный пар переходит в твёрдое состояние, минуя жидкое (десублимация), и оседает на снежинках, лежащих на поверхности: они служат готовыми центрами кристаллизации. Процесс идёт медленно и долго, поэтому молекулы успевают встраиваться в кристаллическую решётку упорядоченно — вырастают большие правильные кристаллы, «снежные цветы».

Шаг 4 — почему снег должен быть чистым. Грязный снег поглощает солнечное излучение гораздо сильнее. Его поверхность нагревается до $0\ ^\circ\text{C}$ и начинает таять: появляется вода, которая потом смерзается в ледяную корку. Вместо медленного роста кристаллов из пара получается наст.

Итак, «снежные цветы» — результат двух переходов без жидкой фазы: сублимации снега под действием солнечного излучения и десублимации пара на холодной поверхности, а чистота снега нужна для того, чтобы он не таял.