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Title: 雪花是如何形成的?
Author: 龙翔编写
Issued Date: 2015-12-21
Abstract: 《力学园地》编辑部:2015年小雪时节,我们北京迎来一场令人心动的大雪!看着那些飘飘扬扬的雪花自天而降,我的五岁小儿子真是手舞足蹈、喜不胜收。他问:“爸爸,雪花怎么长成的呀?”我还有点说不清楚,能给我介绍一些雪花形成的小知识吗?
                                                                      一个男娃的老爸
 
雪花是如何形成的?
 
    雪花是空中的水汽遇冷凝结成的。在一般情况下,水汽先凝成水,然后才能结冰,但雪花却是直接由水汽凝结成的(人们也把这个过程叫做“凝华”)。当气温降低,空中水汽变为过饱和时,就会在结晶核(如尘埃)上开始结晶,然后逐步长大形成雪花。 
根据热力学知识,湿空气(就是含有水蒸气的空气)中水蒸气的分压力和它的含量呈正比,它能达到的最高压力就是这个温度下的饱和压力,这时水蒸气的含量也就达到了最大限度,所以人们常常称之为“饱和湿空气”。而且,热力学的知识还告诉我们:在这种饱和状态下,水的三种存在形式,或者说,固态(冰)、液态(水)和气态(蒸气)三个相(即固相、液相和气相)处于平衡,不同相之间可以相互转化。所以,当气温降低时,空气中原来处于饱和的水汽就“过”饱和了,它会在微尘之类的“核”上凝结,依照气温的高低不同,可以生成水滴或冰晶(有时二者同时存在)。我们看到的云,就是停留大气层上的水滴或冰晶的集合体。如果基本上是水滴,就叫做“水云”;如果以冰晶为主,就叫做“冰云”。 
云中雪花“胚胎”的小冰晶,主要有两种形状。一种是六棱体状,长而细,叫“柱晶”;其中,有些柱晶的两端是尖的,就叫“针晶”。另一种则是六角形的薄片状,叫“片晶”。到现在为止,人们已经知道的雪花大约有两万多种不同的图案,不过它们基本上是六角形的,这就是从片晶发育而成的。为什么是六角形呢?这和水的结晶习性有关。天然水冻结的冰和大气中水汽凝华的雪,都属于六方晶系。大家知道,水分子是由两个氢原子以及一个氧原子以一种很强的键——共价键而结合在一起的。在形成固态冰晶时,它们会利用氢键结合在一起,相对来说,最稳定的排列方式是以六角形状把六个水分子黏在一起,所以大部份冰晶是六角形的。

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Content Type: 科普文章
URI: http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/58715
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