Отвечает Александр Чернокульский,

старший научный сотрудник Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, шеф-редактор сайта «Метео-ТВ»

Хаотичные линии, широкие полосы и дуги, мельчайшие древесные мотивы… Главный художник зимой — мороз, который рисует на окнах неповторимые картины. Как это происходит?

Если говорить научным языком, то происходит заиндевение внутренней поверхности стекла. Дело в том, что температура воздуха вблизи окон в зимнее время года всегда ниже, чем в остальном помещении. Холодный воздух не может содержать столько же влаги, сколько и теплый, он выпадает в виде инея зимой или росы летом. Если температура стекла выше нуля, то окна покрываются мельчайшими капельками влаги — запотевают (те, кто носят очки, поймут, о чем речь). А если ниже нуля, то водяной пар оседает не в виде капель воды, а сразу в виде кристалликов льда (то есть происходит переход воды из газообразного состояния сразу в твердое — сублимация). Такие кристаллы льда (иней) и покрывают тонким слоем стекло.

А рисунок связан с движениями воздуха в помещении: двигаются люди, работает вытяжка, окна открываются для проветривания, есть щели в рамах и т. п. Важную роль играют особенности поверхности стекла (мельчайшие царапины, пыль или отпечатки пальцев и др.). Сочетание этих факторов и формирует неповторимый морозный узор.

Заиндеветь, кстати, могут не только окна, но и любые охлажденные до отрицательной температуры предметы, которые с улицы внесены в теплое помещение. Просто выглядит иней на них не так эффектно, да и предметы эти обычно быстро нагреваются до комнатной температуры. Другое дело — окна, низкая температура которых поддерживается внешним холодом.

И главное — рисунок на окнах говорит еще и о том, что в помещении плохая теплоизоляция. В современных стеклопакетах, где используется два или даже три стекла, морозные узоры уже не образуются. В этом случае между стеклами находится вакуум с нулевым содержанием влаги и на холодном стекле (на том, что соседствует с улицей) просто нечему оседать. Сейчас удел морозных узоров — дома в деревнях, окна некоторых автобусов и троллейбусов. Прогресс оставляет романтику в прошлом…

В морозные дни на окнах появляются потрясающие ледяные узоры в виде необыкновенных звезд, причудливых завитков, сказочных деревьев и цветов. Чтобы на окнах расцвели ледяные сады, необходимо, чтобы воздух в помещении был влажным, а за окном была минусовая температура.

Почему на окне появляются морозные узоры

Все помнят притчу о том, что морозные узоры на окне рисует Дедушка Мороз. Он незаметно подкрадывается ночью к окну и выводит на нем тонкой ледяной кисточкой неповторимые морозные картины. На самом деле все гораздо прозаичнее. Если в помещении влажный воздух, а на улице температура от нуля градусов Цельсия и ниже, то лишняя влага конденсируется на холодной поверхности стекла. Здесь водяной пар охлаждается и переходит из парообразного состояния в твердое, образуя тонкие кристаллы.

Как формируются ледяные кристаллы

Любое идеальное с виду стекло имеет микроскопические зазубрины и царапины. Влага, которая оседает на поверхности стекла, кристаллизуется прежде всего на этих мельчайших дефектах, и только потом к первым кристаллам цепляются новые и новые, формируя узоры. Порой для появления ледяных узоров достаточно пылинок, которыми усеяна поверхность стекла, или разводов, которые остаются после мытья окон. А еще появлению узоров способствуют сквозняки и воздушные потоки. По способу образования морозные узоры делятся на два вида: дендриты – ветвистые узоры, которые напоминают деревья, и трихиты, которые больше похожи на звезды.

Древовидные узоры дендриты

Дендриты образуются в нижней части стекла, где слой воды толще. Здесь появляются широкие стволы морозных узоров, на которых постепенно вырастают более тонкие веточки. Дендриты в нижней части стекла получаются широкими и толстыми, а в верхней части – более узкими и тонкими. Такой морозный узор напоминает чащу непроходимого сказочного леса.

Звездчатые узоры трихиты

Если на стекле много зазубрин, пылинок и царапин, то на нем появляются трихиты – морозные узоры, похожие на звездочки. Сначала замерзает эпицентр узора – пылинка или зазубрина, а потом к ней присоединяются, словно лучики, другие кристаллы. В результате морозные узоры становятся похожими на скопление снежинок или . Когда температура за окном понижается, трихиты образуют плотные ледяные волокна.

Когда узоры на окнах не появляются

Если влажность воздуха в комнате невысокая, а окно имеет хорошую теплоизоляцию, то конденсат на стекле не образуется и морозные узоры не появляются. Вот почему ледяные росписи, столь привычные для жителей домов со старыми деревянными окнами, не балуют своим появлением жителей квартир с качественными пластиковыми окнами.

Морозные узоры на оконных стеклах - это, по сути, то же самое, что и иней, который образуется на земле и на ветвях деревьев. Механизм образования инея и этих узоров одинаков.

Если воздух охлаждается, то в нем снижается содержание влаги. Морозные узоры на стекле и иголки инея образуются в том случае, если влажный воздух охлаждается до точки замерзания воды, то есть до 0°С. При этой температуре происходит конденсация избытка влаги, содержащегося во влажном воздухе, на холодных поверхностях. При этом вода кристаллизуется, то есть превращается в мельчайшие кристаллики льда. Таким образом, вода, содержащаяся во влажном воздухе, при 0°С переходит из газообразного состояния в твердое (кристаллическое), минуя жидкую фазу.

Почему же кристаллики льда образуют такие причудливые формы? Виной тому неровности и царапинки на поверхности стекла. На них ледяные кристаллики образуются в первую очередь. Кристаллики осаждаются один за другим, друг на друга - и получаются удивительные неповторимые узоры. Помимо неровностей стекла, в "рисовании" узоров участвуют частички пыли на поверхности стекла и воздушные потоки.

Среди разнообразия морозных узоров наиболее часто можно встретить древовидные структуры - их называют дендритами и волокнистые формы - трихиты.

Дендриты образуются, если влажность воздуха повышена, а охлаждение стекла началось еще при положительной температуре и продолжалось при дальнейшем понижении температуры. В этом случае на стекле сначала образуется водяная пленка, которая при замерзании кристаллизуются в виде дендритов. Чаще всего этот процесс начинается в нижней части стекла, потому что там под воздействием силы тяжести скапливается больше воды. Именно поэтому в нижней части оконных стекол дендриты обычно более крупные, а чем выше, тем ледяные "веточки" тоньше и мельче. Если же стекло увлажняется при охлаждении равномерно, то есть покрывается более-менее ровной пленкой воды, то "ветки" дендритов примерно одинаковы по величине по всей поверхности стекла.

Если на стекле есть царапины, то на их острых краях образуется второй вид узоров - трихиты. Сначала образуются узкие параллельные кристаллические полоски. При дальнейшем охлаждении "вырисовываются" волокна, отходящие от основного "стебля". Чаще всего и "стебель" и "волокна", отходящие от него, не прямые, а слегка изогнуты.

Можно ли сделать так, чтобы морозные узоры не появлялись на оконных стеклах зимой? Можно!

Мы уже говорили о том, что непременным условием образования морозных узоров является повышенное содержание влаги в воздухе и холодное стекло. Если исключить любой из этих факторов, Дед Мороз не сможет украшать оконные стекла своими картинами.

Так, например, можно уменьшить влажность воздуха у поверхности стекла, тогда конденсации воды на нем происходить не будет. Для этого можно поставить между оконными стеклами стакан с концентрированной серной кислотой - известно, что она хорошо поглощает влагу из воздуха.

Второй путь - не допустить, чтобы стекло сильно охлаждалось. Делают это путем тщательной теплоизоляции внешнего оконного стекла в местах его соприкосновения с рамой.

Людмила Полюхова
Конспект занятия «Откуда на окнах берутся морозные узоры»

Откуда на окнах берутся морозные узоры

Цели занятия :

Обогатить познавательный уровень детей в области природных явлений; - формировать в детях умение наблюдать – видеть в обычном необычное; вызвать у детей интерес к зимним явлениям природы; - - воспитывать у детей любовь к природе родного края; к художественному слову (стихи, загадки, приметы) ;

Развивать зрительную наблюдательность, способность замечать необычное в окружающем мире;

Развивать воображение.

Ход занятия

Ребята, сегодня я вам расскажу сказку о Зиме, но не простую, а волшебную. Она очень любит делать чудеса. Жила маленькая Капелька на большом белом облаке. Жила она одна и скучно ей было. Захотела Капелька посмотреть, а что там за облаком. Решила она спрыгнуть из облака. Только она полетела вниз, как вдруг превратилась в красивую Снежинку.

Ребята, подскажите, почему же Капелька превратилась в Снежинку? (ответы детей) . Давайте вспомним, что же происходит с водой зимой? (ответы детей) .

А теперь послушайте стихотворение и скажите, о чем я сегодня вам расскажу.

Я сегодня поутру не смогла Оторвать свои глаза от стекла.

Вот опять мне свой сюрприз приподнёс

Этот сказочный художник Мороз . Предо мной предстало чудо явление -

Художника морозного плод творения

Он не просто там что - то малюет,

А он сказку на окне рисует.

О чём я сегодня вам расскажу? (ответы детей) . Ребята я предлагаю вам посмотреть, какие бывают узоры (просмотр презентации «Морозные узоры на окне » ).

Каждую зиму у нас на окнах происходят чудеса , появляются невероятной красоты узоры ! Всегда было интересно, откуда они появляются , и кто их рисует?

Чудесные картины, которые появляются, могут напоминать то пальмовые леса, то гирлянды цветов, то ветви елей. Как же появляются эти причудливые морозные узоры на окнах ?

Ребята, а как вы думаете, как Мороз эти узоры рисует ?

(Мнения детей : Дует на стекла холодом, по волшебству, бросает на окна снежинки , и они приклеиваются к окошку.)

На самом деле от холодного, морозного воздуха капельки воды, которые присутствуют в воздухе, оседают на холодном стекле, замерзают и превращаются в льдинки, похожие на тончайшие иголочки, которые расходятся в разные стороны по стеклу. За холодную ночь их образуется много-много, они как бы нарастают друг на

друга. И в итоге получаются разные узоры и рисунки , в которых можно даже увидеть очертания знакомых предметов. Вот, оказывается, как образуются морозные узоры , а художником здесь, без сомнений, является Мороз . Получается такая красота, что ни в сказке сказать, ни пером описать. Кстати, в Германии морозные узоры на стекле так и называют – «ледяные цветы» .

Узоры бывают разные : одни образуются в нижней части окна , другие – в виде узких полосок инея, которые будут являться стеблем растения.

Одна девочка решила понаблюдать за тем, как образуются морозные узоры . «Настало морозное утро . Проснувшись, я посмотрела в окно. На стекле причудливо сверкали на солнце ледяные узоры , которые нарисовал на окне мороз . Трудно поверить, что все это нарисовано без помощи человеческих рук. Особенно красиво, когда на окно падает солнечный луч, тогда вся картинка сверкает. Наблюдая за снежными узорами , я заметила, что они цветные : то голубые в пасмурную погоду, то желтые на солнце, то розовые и лиловые – на закате. В вечернее время, когда за окном становится совсем темно и стекло выглядит черным, морозные узоры сверкают , как звезды.

Интересные узоры я наблюдала и на окнах папиной машины . Стекло как бы покрывается шубой из ледяных иголок. Едем, стекла заморожены , папе не нравится, а мне красивейшая картина рисуется на стекле».

На всех ли окнах появляются морозные узоры ? Оказывается, нет. Узоры не появляются на окне, если открыта форточка. При качественной заделке стёкол, узоры на стекле не появляются, т. к. нет перепада температур. Узоры на стекле недолговечны – начинает пригревать солнышко, и морозные узоры становятся менее четкими, расплываются и стекают струйками воды вниз по стеклу. Они исчезают безвозвратно.

Про морозные узоры есть приметы , загадки и стихи. Давным-давно по

морозным узорам люди определяли погоду :

Если веточки узоров направлены вниз погода будет снежной и пасмурной;

Если вверх – ясной и солнечной (показ иллюстраций морозных узоров ) .

Отгадайте загадки :

Побелело за ночь всюду, Дунул ветер, и мороз

А у нас в квартире чудо! Снег нам с севера принёс.

За окошком двор исчез. Только вот с тех самых пор

Там волшебный вырос лес! На стекле моём.

Стихотворение :

Не дождавшись тепла,

Среди зимнего дня,

Распустились цветы,

На окне у меня.

Подошла я к цветам,

Стала мокрой щека,

Оттого что окна

Я коснулась слегка.

Подошла я к цветам,

Но не пахли они.

Для чего ж они выросли,

В зимние дни?

А ведь морозные узоры можно нарисовать самим, для этого даже продаются специальные краски и предлагаются другие варианты разрисовывать стекло (зубной пастой, белой гуашью или искусственным снегом) . Но никто из людей не сможет сделать так затейливо, так волшебно, как это умеет делать природа (или Дед Мороз ) .

Ребята, что интересного сегодня вы узнали? Что понравилось больше всего? Какие приметы вы запомнили? Расскажите о них своим родителям.

Хаотичные линии, широкие полосы и дуги, мельчайшие древесные мотивы… Главный художник зимой — мороз, который рисует на окнах неповторимые картины. Как это происходит?

Если говорить научным языком, то происходит заиндевение внутренней поверхности стекла. Дело в том, что температура воздуха вблизи окон в зимнее время года всегда ниже, чем в остальном помещении. Холодный воздух не может содержать столько же влаги, сколько и теплый, он выпадает в виде инея зимой или росы летом. Если температура стекла выше нуля, то окна покрываются мельчайшими капельками влаги — запотевают (те, кто носят очки, поймут, о чем речь). А если ниже нуля, то водяной пар оседает не в виде капель воды, а сразу в виде кристалликов льда (то есть происходит переход воды из газообразного состояния сразу в твердое — сублимация). Такие кристаллы льда (иней) и покрывают тонким слоем стекло.

А рисунок связан с движениями воздуха в помещении: двигаются люди, работает вытяжка, окна открываются для проветривания, есть щели в рамах и т. п. Важную роль играют особенности поверхности стекла (мельчайшие царапины, пыль или отпечатки пальцев и др.). Сочетание этих факторов и формирует неповторимый морозный узор.

Заиндеветь, кстати, могут не только окна, но и любые охлажденные до отрицательной температуры предметы, которые с улицы внесены в теплое помещение. Просто выглядит иней на них не так эффектно, да и предметы эти обычно быстро нагреваются до комнатной температуры. Другое дело — окна, низкая температура которых поддерживается внешним холодом.

И главное — рисунок на окнах говорит еще и о том, что в помещении плохая теплоизоляция. В современных стеклопакетах, где используется два или даже три стекла, морозные узоры уже не образуются. В этом случае между стеклами находится вакуум с нулевым содержанием влаги и на холодном стекле (на том, что соседствует с улицей) просто нечему оседать. Сейчас удел морозных узоров — дома в деревнях, окна некоторых автобусов и троллейбусов. Прогресс оставляет романтику в прошлом…