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얼음

Ice
이 기사는 얼음에 관한 것이다.행성 과학에서 사용되는 "얼음"의 더 넓은 개념은 휘발성 물질을 참조하십시오.다른 용도는 얼음(동음이의)을 참조하십시오.
얼음
A picture of ice.
물리 속성
밀도 (표준)0.9167[1]~0.9168g[2]/cm3
굴절률 (n)1.309
기계적 특성
영률 (E)3400 ~ 37,500 kg / cm3[2]
인장 강도 (표준t)5~18 kg (cm2[2])
압축 강도 (표준c)24 ~ 60 kg (cm2[2])
포아송 비율 (표준)0.36±0.13[2]
열특성
열전도율 (k)0.0053(1 + 0.0015 µ) cal/(cm s K), µ = 온도(°C[2])
선형 열팽창 계수 (α)5.5×10−5[2]
비열 용량 (c)0.5057 - 0.001863 µcal/(g K), µ = °C[2] 단위의 절대 온도값
전기적 특성
유전율 (표준r)~3.15
얼음의 특성은 온도, 순도 및 기타 요인에 따라 크게 다릅니다.

얼음은 고체 상태로 얼려진 물로,[3][4] 일반적으로 섭씨 0도 또는 화씨 32도 이하의 온도에서 형성됩니다.흙의 입자나 공기 방울과 같은 불순물의 유무에 따라 투명하게 보이거나 다소 불투명한 청백색으로 보일 수 있습니다.

태양계에서는 얼음이 풍부하고 수성만큼 태양에 가까운 곳부터 오르트 구름 물체만큼 멀리 떨어진 곳까지 자연적으로 발생한다.태양계 너머에서, 그것은 성간 얼음으로 발생한다.그것은 지구 표면, 특히 극지방과 눈선[5] 위에 풍부하며, 강수량과 퇴적물의 일반적인 형태로서 지구의 물 순환과 기후에 중요한 역할을 한다.그것은 눈송이와 우박으로 떨어지거나 서리, 고드름 또는 얼음 송곳으로 발생하며 빙하와 빙상으로 눈에서 응집된다.

얼음은 온도와 압력에 따라 최소 18상(패킹 지오메트리)을 나타낸다.물이 빠르게 냉각될 때 압력과 온도의 이력에 따라 최대 3종류의 비정질 얼음이 형성될 수 있습니다.천천히 냉각되면 -253.15°C(20K, -423.67°F) 이하에서 상관 양성자 터널링이 발생하여 거시 양자 현상이 발생한다.지구 표면과 대기에 있는 사실상 모든 얼음은 얼음h I ("얼음 1h"로 표현됨)로 표현되는 육각형 결정 구조로 되어 있으며, 얼음c I로 표현되는 입방 얼음의 미세한 흔적과 더 최근에 발견된 다이아몬드에 포함된 얼음 VII가 포함되어 있습니다.얼음h I로의 가장 일반적인 상 전이는 액체 물이 표준 대기압에서 0°C(273.15K, 32°F) 이하로 냉각될 때 발생합니다.서리가 형성될 때 발생하는 것처럼 수증기에 의해 직접 침전될 수도 있다.얼음에서 물로, 얼음에서 직접 수증기로의 이행은 승화이다.

얼음은 냉각, 겨울 스포츠, 얼음 조각 등 다양한 방법으로 사용된다.

물리 속성

HO 얼음h I(c)의2 3차원 결정 구조는 2차원 육각형 공간 격자(a)[6][7] 내의 격자점에 위치한 HO 얼음 분자(b)의 베이스로2 구성되어 있다.

자연발생 결정성 무기질 고체로서는 얼음을 [8][9]광물로 한다.그것은 두 개의 수소 원자에 공유 결합되어 있는 단일 산소 원자로 구성된 물의 분자에 기초한 규칙적인 결정 구조를 가지고 있다. 그러나 물과 얼음의 많은 물리적 특성은 인접한 산소와 수소 원자 사이의 수소 결합의 형성에 의해 제어된다; 반면에 그것은 약한 결합이다.그럼에도 불구하고 물과 얼음의 구조를 제어하는 데 매우 중요하다.

물의 특이한 특성은 물의 고체 형태(대기압에서 얼린 얼음)가 액체 형태보다 밀도가 약 8.3% 낮다는 것이다. 이는 9%의 체적 팽창과 맞먹는다.얼음의 밀도는 0°C 및 표준 대기압(101,325Pa)에서 0.9167[1]–0.9168g[2]/cm인3 반면, 물은 동일한 온도와 압력에서 0.9998[1]–0.99863g[2]/cm의3 밀도를 가진다.액체 물은 4°C에서 기본적으로 1.00g/cm로3 가장 밀도가 높으며, 물 분자가 빙점에 도달하면서 얼음의 육각형 결정을 형성하기 시작하면서 밀도가 떨어지기 시작합니다.이것은 수소 결합이 분자 간 힘을 지배하기 때문에 고체에서 분자의 패킹이 덜 작아집니다.얼음의 밀도는 온도가 낮아짐에 따라 약간 증가하며 -180°C(93K)[10]에서 0.9340g/cm의3 값을 갖는다.

물이 얼면 부피가 증가합니다(민물의 [11]경우 약 9%).동결 시 팽창의 효과는 극적일 수 있으며, 얼음 팽창은 자연 암석의 동결 풍화 및 서리로 인한 건물 기초와 도로의 손상을 야기하는 기본 원인이다.얼면 물이 불어나는 압력으로 수도관이 터지면서 주택이 침수되는 흔한 원인이기도 하다.

이 과정의 결과는 지구의 생물권에서 중요한 특징인 액체 물 위에 얼음이 떠다니는 것입니다.이러한 특성이 없으면 자연 수역이 바닥에서 [12]위로 영구적으로 동결되어 담수 및 바닷물에서 바닥 의존적인 동식물의 생물이 손실될 수 있다는 주장이 제기되어 왔다.충분히 얇은 얼음 시트는 빛을 통과시키면서 바람의 냉기와 같은 단기적인 날씨로부터 하부를 보호합니다.이것은 박테리아와 조류 군락을 위한 보호 환경을 만든다.바닷물이 얼면, 얼음은 박테리아, 조류, 요각류, 환생동물과 같은 교감성 유기체를 유지하는 소금물로 가득 찬 수로로 가득 차게 되는데, 이는 크릴새우 같은 동물과 대머리 노튼과 같은 전문 물고기들에게 먹이를 제공하고, 황제 펭귄과 밍크 [13]고래와 같은 큰 동물들에 의해 차례로 먹이가 된다.

얼음이 녹으면 80°C의 동등한 물 덩어리를 가열하는 데 필요한 만큼의 에너지를 흡수합니다.용해 과정 동안 온도는 0°C로 일정하게 유지됩니다.녹는 동안, 추가된 에너지는 얼음 분자 사이의 수소 결합을 깨뜨린다.얼음을 액체 물로 간주할 수 있을 만큼 충분한 수소 결합이 깨진 후에야 열 에너지(온도)를 증가시킬 수 있는 에너지를 사용할 수 있게 된다.얼음에서 물로 전환하는 과정에서 수소 결합을 깨는 데 소비되는 에너지의 양을 핵융합 열이라고 합니다.

물과 마찬가지로 얼음은 산소-수소(O-H) 결합 스트레치의 오버톤 결과로 스펙트럼의 붉은 끝에서 빛을 우선적으로 흡수한다.물에 비해 이 흡수는 약간 낮은 에너지로 이동한다.따라서, 얼음은 액체 물보다 약간 더 녹색을 띠며 파란색으로 보입니다.흡수가 누적되기 때문에 두께가 증가하거나 내부 반사가 빛을 [14]얼음 사이로 더 길게 이동시키는 경우 색 효과가 강해집니다.

다른 색은 빛을 흡수하는 불순물이 있을 때 나타날 수 있는데, 불순물이 얼음 자체보다는 색을 지시하는 것입니다.예를 들어, 불순물(예: 퇴적물, 조류, 기포)을 포함한 빙산은 갈색, 회색 또는 [14]녹색으로 보일 수 있습니다.

자연 환경의 얼음은 보통 녹는 온도에 가깝기 때문에, 그 경도는 뚜렷한 온도 변화를 보여줍니다.얼음의 녹는점에서는 Mohs 경도가 2 이하이지만 -44°C(-47°F)에서는 경도가 약 4로 증가하고 고체 이산화탄소(드라이아이스)[15]의 기화점인 -78.5°C(-109.3°F)에서는 6으로 증가한다.

단계

"Ice X"는 여기서 리다이렉트 됩니다.다른 용도는 아이스엑스(동음이의)를 참조하십시오.
얼음 녹는 압력 의존성

얼음은 물의 알려진 19가지 고체 결정상 중 하나일 수도 있고 다양한 [16]밀도에서 비정질 고체 상태일 수도 있다.

압력이 증가하면 대부분의 액체는 더 높은 온도에서 얼게 되는데, 그 이유는 압력이 분자들을 함께 고정시키는 데 도움을 주기 때문입니다.그러나 물 속 수소 결합이 강하기 때문에 차이가 있습니다. 즉, 1atm(0.10MPa)보다 높은 압력에서는 아래 위상도와 같이 0°C 미만의 온도에서 물이 얼게 됩니다.고기압 하에서 얼음이 녹는 것은 [17]빙하의 이동에 기여하는 것으로 생각된다.

얼음, 물 및 수증기는 611.[18][19]657Pa의 압력에서 정확히 273.16K(0.01°C)인 삼중점에서 공존할 수 있다.켈빈은 사실 다음과 같이 정의되었다.이 정의는 2019년 [21]5월에 변경되었지만, 이 삼중점과 절대 영점 [20]사이의 차이의 1/273.16.대부분의 다른 고체와 달리, 얼음은 과열시키기가 어렵다.실험에서 -3°C의 얼음은 약 17°C로 약 250피코초 [22]동안 과열되었습니다.

더 높은 압력과 다양한 온도의 영향을 받는 얼음은 19개의 알려진 결정상으로 형성될 수 있습니다.주의하여 이러한 위상 중 적어도 15개(얼음 X는 알려진 예외 중 하나)를 주변 압력 및 저온에서 준안정 [23][24]형태로 복구할 수 있습니다.그 종류는 결정 구조, 양성자 순서,[25] 밀도에 따라 구별된다.압력을 받는 얼음에는 IV와 XII의 두 가지 전이성 단계가 있는데, 둘 다 완전히 수소 무질서한 상태입니다.얼음 XII는 1996년에 발견되었다.2006년에 13세와 14세가 발견되었다.[26]아이스 XI, XII, XIV는 각각 수소순서 형태의 아이스h I, V 및 XII이다.2009년 얼음 XV는 -143°C의 [27]초고압에서 발견되었다.이보다 더 높은 압력에서는 얼음이 금속이 될 것으로 예상되며, 이는 1.55 TPa[28] [29]또는 5.62 TPa에서 발생할 것으로 다양하게 추정되어 왔다.

고체 물은 결정 형태뿐만 아니라 다양한 밀도의 비정질 얼음(ASW)으로 비정질 상태로 존재할 수 있습니다.성간 매질의 물은 비정질 얼음에 의해 지배되어 우주에서 가장 흔한 형태의 물이 될 수 있습니다.초경화 유리수라고도 하는 저밀도 ASW(LDA)는 지구의 야광성 구름의 원인이 될 수 있으며 보통 차가운 환경이나 진공 상태에서 수증기가 퇴적됨으로써 형성됩니다.고밀도 ASW(HDA)는 GPa 압력에서 일반 얼음h I 또는 LDA를 압축하여 형성된다.초고밀도 ASW(VHDA)는 1-2 GPa 압력에서 160K로 약간 데워진다.

우주에서 육각형 결정 얼음은 매우 드물다.비정질 얼음은 더 흔하지만, 화산 [30]작용에 의해 육각형 결정 얼음이 형성될 수 있습니다.

이론화된 슈퍼이온수에서 나온 얼음은 두 가지 결정 구조를 가질 수 있다.500,000bar(7,300,000psi)가 넘는 압력에서 이러한 초이온 얼음은 체심 입방체 구조를 띤다.그러나 압력이 1,000,000bar(1,500,000psi)를 초과하면 구조가 보다 안정적인 면중심 입방격자로 전환될 수 있습니다.슈퍼이온 [31]얼음은 천왕성과 해왕성과 같은 거대 얼음 행성들의 내부를 구성할 수 있을 것으로 추측된다.

물의 로그린 압력-온도 위상도.로마 숫자는 아래에 나열된 몇 가지 빙상과 일치합니다.
특정 얼음 및 기타 물의[32] 위상에 대한 위상도의 대체 공식
단계 특성.
비정질 얼음 비정질 얼음은 결정 구조가 결여된 얼음이다.비정질 얼음은 대기압 또는 그 이하에서 형성되는 저밀도(LDA), 고밀도(HDA), 고밀도(VHDA)의 세 가지 형태로 존재한다.LDA는 액체 상태의 물("고급냉 유리수")을 극도로 빠르게 냉각시키고, 수증기를 매우 차가운 기판("아모퍼스 고체수")에 축적하거나, 고밀도 형태의 얼음을 주변 압력("LDA")으로 가열함으로써 형성된다.
아이스h I 일반적인 육각형 결정 얼음입니다.생물권의 거의 모든 얼음은 얼음 I이지만h, 소량의 얼음c I은 예외입니다.
아이스c I 준안정 입방정형 얼음의 변이체입니다.산소 원자는 다이아몬드 구조로 배열되어 있다.그것은 130에서 220 K 사이의 온도에서 생성되며, 얼음h I로 변할 때 240 [33][34]K까지 존재할 수 있습니다.때때로 대기 [35]상층부에 존재할 수 있습니다.최근에는 입체 얼음으로 묘사된 많은 샘플들이 실제로는 삼각대칭의 [36]무질서한 얼음을 쌓고 있는 것으로 나타났다.입방체 대칭(입방체 얼음)을 가진 얼음 I의 첫 표본은 [37]2020년에야 보고되었다.
II 고순서 구조의 마름모꼴 결정형.얼음h I에서 190~210 K의 온도에서 압축하여 형성됩니다.가열되면 얼음 III로 변환됩니다.
III 물을 300MPa에서 250K까지 냉각시켜 형성된 사각형 결정성 얼음.고압상 중 밀도가 가장 낮다.물보다 더 촘촘촘하다.
IV 준안정 마름모꼴상.고밀도 비정질 얼음을 810 MPa의 압력으로 천천히 가열하여 형성할 수 있습니다.그것은 [38]핵생성제 없이는 쉽게 형성되지 않는다.
V 이 V ice V 단사정형 결정상입니다.500 MPa에서 253 K까지 냉각수를 사용하여 형성됩니다.모든 [39]단계에서 가장 복잡한 구조입니다.
VII 사방정상의 결정상.1.1GPa에서 270K까지 냉각수로 형성.데바이의 [40]릴랙스입니다.
VII 흐트러져 .하다데바이의 릴랙스입니다.수소 결합은 두 개의 관통 격자를 형성한다.
아이스t VII 약 5GPa에서 형성되며, 이때 아이스 VII는 사각형으로 [41]변한다.
VIII 수소 원자가 고정된 위치를 차지하는 얼음 VII의 보다 질서 있는 버전입니다.2.1 한다.
IX 사각형상.208K~165K로 냉각하여 얼음 III에서 서서히 형성되며 140K 이하로 안정되며 압력은 200MPa~400MPa입니다.밀도는 1.16g/cm로3 일반 얼음보다 약간 높다.
XXX 양성자 순서 대칭 얼음.약 70GPa [42]또는 30GPa의 [41]압력에서 형성됩니다.
XI 육각형 얼음의 직각 저온 평형 형태입니다.강유전체입니다.얼음 XI는 얼음h [43]I의 가장 안정적인 구성으로 여겨진다.
XII 사각형이고, 준전이 가능하고, 밀도가 높은 결정상입니다.얼음 V와 얼음 VI의 위상 공간에서 관측된다.고밀도 비정질 얼음을 77K에서 약 183K로 810MPa로 가열하여 제조할 수 있다.127K에서 1.3gcm의−3 밀도를 가진다(즉, 물보다 약 1.3배 밀도가 높다).
단사정형 결정상입니다.물을 500 MPa에서 130 K 이하로 냉각시켜 형성한다.양성자 순서 얼음 V.[44]
XIV 오르토롬 결정상이지1.2 GPa에서 118K 이하에서 형성.양성자 순서 얼음 [44]XII.
XV 1약 . 1.1GPa에서 80–108K로 .
가장 밀도가 낮은 물의 결정 형태로, 위상적으로는 sII 포접수 수화물의 빈 구조와 동일합니다.
얼음 네모난 얼음 결정은 상온에서 그래핀의 두 층 사이에 짜여졌을 때 형성된다.이 물질은 2014년에 [45][46]처음 보고되었을 때 얼음의 새로운 결정상이었다.이 연구는 헬륨과 같은 작은 분자와 달리 수증기와 액체 물이 그래핀 산화물 층을 통과할 수 있다는 이전의 발견에서 파생되었다.그 효과는 10,000기압 이상의 기압을 [45]수반할 수 있는 반데르발스 힘에 의해 추진되는 것으로 생각된다.
XVIII 수소 이온이 자유롭게 움직이는 동안 산소 이온이 결정 구조를 발달시키는 슈퍼 이온 물 또는 슈퍼 이온 얼음으로도 알려진 물의 형태입니다.
XIX 약 2 GPa에서 [16]약 100K로 냉각수에 의해 형성된 얼음 VI와 관련된 또 다른 위상.

찰찰 특특 특 friction

뉴욕 남동부의 얼어붙은 폭포

얼음의 낮은 마찰 계수("슬립성")는 얼음과 접촉하는 물체의 압력에 기인하여 얼음의 얇은 층을 녹이고 물체를 [47]표면을 가로질러 미끄러지게 합니다.예를 들어, 얼음에 압력을 가하면, 얼음과 날개 사이에 윤활유를 제공하면서 얇은 층을 녹일 것이다."압력 용해"라고 불리는 이 설명은 19세기에 시작되었다.그러나 종종 스케이트를 타는 -4°C(25°F; 269K) 미만의 얼음 온도에서 스케이트를 타는 것은 고려하지 않았다.

얼음의 마찰 계수를 설명하는 두 번째 이론은 계면의 얼음 분자가 얼음 덩어리의 분자와 적절하게 결합할 수 없다는 것을 암시했습니다.이러한 분자는 반액체 상태로 유지되며, 어떤 물체에 의해 가해지는 얼음에 대한 압력에 관계없이 윤활을 제공합니다.하지만, 이 가설의 중요성은 원자력 [48]현미경을 이용한 얼음에 대한 높은 마찰 계수를 보여주는 실험으로 인해 논란이 되고 있다.

세 번째 이론은 "마찰 가열"로, 얼음층이 녹는 원인이 물질의 마찰이라는 것을 암시합니다.하지만, 이 이론은 왜 얼음이 영하의 [47]온도에서도 정지해 있을 때 미끄러운지를 충분히 설명하지 못한다.

얼음 마찰의 포괄적인 이론은 위에서 언급한 모든 마찰 메커니즘을 [49]고려합니다.이 모델은 온도와 슬라이딩 속도의 함수로서 다양한 재료에 대한 얼음의 마찰 계수를 정량적으로 추정할 수 있습니다.겨울 스포츠 및 얼음 위의 차량의 타이어와 관련된 일반적인 조건에서는 마찰 가열로 인한 얇은 얼음층이 녹는 것이 미끄럼 방지의 주요 원인입니다.얼음의 마찰 특성을 제어하는 메커니즘은 여전히 과학 [50]연구의 활발한 영역이다.

노르웨이 알타 인근 고원의 깃털 얼음.결정체는 -30°C(-22°F) 미만의 온도에서 형성됩니다.

물이 얼어붙은 지구 표면의 모든 부분을 통칭하여 설명하는 용어는 극저온권이다.얼음은 특히 물의 순환과 관련하여 지구 기후의 중요한 구성요소이다.빙하와 눈 덮개는 민물을 저장하는 중요한 메커니즘이다. 시간이 지나면, 그것들은 승화되거나 녹을 수 있다.제철 민물의 중요한 원천은 눈 녹은 것이다.세계기상기구는 기원, 크기, 모양, 영향 [51]등에 따라 여러 종류의 얼음을 정의한다.포접 수화물은 결정 격자 안에 갇힌 가스 분자를 포함하는 얼음의 형태이다.

위에서

주요 기사:해빙

바다에서 발견되는 얼음은 물에 떠다니는 유빙, 해안선에 고정된 빠른 얼음 또는 해저에 부착된 닻 얼음의 형태일 수 있다.빙붕이나 빙하에서 송아지가 갈라지는 얼음은 빙산이 될 수 있다.해빙은 해류와 바람에 의해 12미터(39피트) 높이의 압력 능선을 형성할 수 있습니다.해빙 지역을 통과하는 항해는 "폴리냐" 또는 "리드"라고 불리는 개구부에서 일어나거나 "빙판"이라고 불리는 특별한 배를 사용해야 합니다.

와 위

강우 후 낙엽수 얼음

육지의 얼음은 "빙상"이라고 불리는 가장 큰 유형에서 작은 만년설장과 빙하와 얼음장, 그리고 눈줄기와 눈밭에 이르기까지 다양하다.

아우페이는 북극과 아북극 하천 계곡에서 형성되는 층이 있는 얼음이다.하천 바닥에서 얼린 얼음은 정상적인 지하수 방류를 막고 국지적인 수위를 상승시켜 얼어붙은 층 위에 물을 배출한다.그러면 이 물은 얼어서 물 테이블이 더 올라가고 순환을 반복하게 됩니다.그 결과 종종 두께가 수 미터인 성층 얼음 퇴적물이 된다.

얼어붙은 비는 얼음 폭풍이라고 불리는 겨울 폭풍의 한 종류인데, 비가 내렸다가 얼어서 얼음 유약을 만듭니다.얼음은 또한 종유석과 유사한 고드름을 형성하거나 물이 뚝뚝 떨어졌다가 다시 얼면서 석순과 같은 형태를 형성할 수 있다.

"얼음 댐"이라는 용어는 세 가지 의미가 있다(아래에서 논의되는 다른 의미).구조물에서, 얼음 댐은 녹은 물이 적절히 배출되는 것을 막고 건물의 누수로 인한 피해를 야기할 수 있는 경사 지붕에 얼음이 쌓이는 것이다.

위에서

작고 얼어붙은 리불렛

움직이는 물에서 형성되는 얼음은 잔잔한 물에서 형성되는 얼음보다 덜 균일하고 안정적인 경향이 있다.부서진 얼음 덩어리가 쌓일 때, 얼음 막힘(때로는 "얼음 댐"이라고도 함)얼음 막힘은 홍수를 일으키고, 강 안이나 근처의 구조물을 손상시키며, 강 위의 선박을 손상시킬 수 있다.얼음으로 인해 일부 수력 발전 시설이 완전히 폐쇄될 수 있다.얼음 댐은 빙하의 움직임을 막는 것으로, 빙하 호수를 만들 수 있다.강의 무거운 얼음 흐름은 또한 선박을 손상시킬 수 있으며 항해를 유지하기 위해 쇄빙선을 사용해야 한다.

얼음 원반은 [52]강에 있는 물로 둘러싸인 얼음의 원형 형태이다.

팬케이크 얼음은 일반적으로 덜 잔잔한 지역에서 만들어진 얼음이다.

호수에서

해안에서 온 잔잔한 물 위에 얼음이 형성되고, 얇은 층이 표면을 가로질러 퍼진 다음 아래로 내려갑니다.호수의 얼음은 일반적으로 4가지 유형으로 나뉜다: 1차, 2차, 중첩, 응집.[53][54]1차 얼음이 먼저 형성된다.2차 얼음은 열 흐름 방향과 평행한 방향으로 1차 얼음 아래에 형성됩니다.얼음 표면 위에 겹친 얼음이 얼음의 틈으로 스며든 비나 물로 인해 형성되는데, 얼음은 눈이 쌓일 때 종종 가라앉는다.

빙붕 얼음은 떠다니는 얼음 조각이 바람 불어오는 해안에 쌓인 바람에 의해 움직일 때 발생한다.

촛불 얼음은 호수 표면에 수직으로 기둥 모양으로 발달하는 썩은 얼음의 한 형태이다.

얼음 밀어넣기는 얼음의 팽창 및/또는 바람의 작용에 의해 야기된 얼음 이동이 호수 해안으로 밀려들 정도로 발생할 때 발생하며, 종종 해안선을 [55]구성하는 침전물을 치환한다.

라이메는 차가운 물체에 물방울이 맺힐 때 생기는 얼음의 일종이다.이것은 밤에 기온이 떨어지는 안개가 낀 날씨에서 관찰될 수 있다.부드러운 라임은 갇힌 공기의 비율이 높아 투명하지 않고 하얗게 보이며 순수 얼음의 4분의 1 정도의 밀도를 제공한다.하드 라임은 비교적 밀도가 높습니다.

릿릿

주요 기사:얼음 알갱이
알갱이

얼음 알갱이는 작고 반투명한 얼음덩어리로 이루어진 강수량이다.이러한 강수 형태는 미국 국립 기상국에 [56]의해 "슬레트"라고도 불립니다.(영어로 sleeet는 비와 눈의 혼합을 말합니다.)얼음 알갱이는 보통 [57]우박보다 작다.그들은 종종 땅에 부딪힐 때 튕겨나가며, 일반적으로 얼어붙는 비와 섞이지 않는 한 단단한 덩어리로 얼지 않는다.얼음 알갱이의 METAR 코드는 [58]PL입니다.

얼음 알갱이는 얼음 공기의 층이 지상 1,500미터에서 3,000미터(4,900피트에서 9,800피트) 사이에 위치할 때 형성되며, 얼음 알갱이의 위아래에는 얼음 공기의 크기가 작습니다.이것은 따뜻한 층을 통해 떨어지는 눈송이의 부분적 또는 완전한 녹음을 일으킨다.그들은 표면에서 더 가까운 얼음 층으로 다시 떨어지면서 얼음 알갱이로 다시 얼립니다.그러나 온대층 아래의 아동결층이 너무 작으면 강수량이 다시 얼릴 시간이 없어 지표면에 얼어붙은 비가 내릴 수 있다.지표면 위의 온난층을 나타내는 온도 프로파일은 [59]추운 계절에는 온난 전선보다 먼저 발견될 가능성이 높지만, 지나가는 한랭 전선 뒤에서 종종 발견될 수 있습니다.

주요 기사:우박
약 의 대형

다른 강수량과 마찬가지로, 우박은 먼지나 흙과 같은 응축 핵과 접촉하여 과냉각된 물방울이 얼면 폭풍 구름에서 형성됩니다.폭풍의 상승 기류에 의해 우박이 구름의 상층부로 날아갑니다.상승 기류가 소멸하고 우박이 내려서 상승 기류로 되돌아갔다가 다시 상승합니다.우박의 지름은 5밀리미터(0.20인치) [60]이상입니다.METAR 코드 내에서 GR은 직경이 최소 6.4mm(0.25인치)인 더 큰 우박을 나타내기 위해 사용되고 GS는 [58]더 작은 우박을 나타냅니다.골프공 크기보다 조금 큰 돌은 가장 자주 보고되는 우박 [61]크기 중 하나이다.우박은 15 센티미터까지 자랄 수 있고 무게는 0.5 [62]킬로그램이 넘습니다.큰 우박에서는 추가 결빙에 의해 방출되는 잠열이 우박의 바깥쪽 껍질을 녹일 수 있다.그러면 우박은 '습한 성장'을 겪게 되는데, 여기서 액체 겉껍질은 다른 작은 [63]우박을 모읍니다.우박은 얼음층을 얻고 올라갈 때마다 점점 더 커진다.우박이 폭풍의 상승 기류에 떠받치기에는 너무 무거워지면 구름에서 [64]떨어집니다.

우박은 강한 뇌우 구름, 특히 강한 상승 기류, 높은 액체 수분 함량, 큰 수직 범위, 큰 물방울, 그리고 구름 층의 상당 부분이 영하 0°C(32°F)[60] 이하인 구름에서 형성된다.우박을 만드는 구름은 종종 녹색으로 [65][66]구별된다.성장률은 약 -13°C(9°F)에서 극대화되며, 과냉각 물방울이 드물어짐에 따라 -30°C(-22°F)보다 훨씬 낮아집니다.이러한 이유로, 우박은 중위도의 대륙 내부 내에서 가장 흔하다. 빙하가 11,000피트(3,400m)[67]보다 낮을 때 우박이 형성될 가능성이 상당히 높기 때문이다.대륙의 강한 뇌우에 건조한 공기가 섞이면 뇌우 구름의 동결 수준을 낮춰 더 많은 양의 우박이 자라게 하는 증발 냉각을 촉진하여 우박의 빈도를 높일 수 있습니다.따라서, 열대지방의 대기는 훨씬 더 깊은 곳에서 따뜻해지는 경향이 있기 때문에 중간 위도보다 뇌우의 빈도가 훨씬 높음에도 불구하고 우박은 실제로 열대지방에서 덜 흔하다.열대지방의 우박은 주로 높은 [68]고도에서 발생한다.

눈

주요 기사:눈과 눈송이
1902년 윌슨 벤틀리의 '눈꽃'

눈의 결정은 아주 작은 과냉각 구름 방울(지름 약 10 μm)이 얼면 형성된다.이 물방울은 -18°C(255K; 0°F) 미만의 온도에서 액체 상태를 유지할 수 있다. 왜냐하면 얼기 위해서는 물방울 내의 몇 개의 분자가 우연히 모여 얼음 격자와 유사한 배치를 형성해야 하기 때문이다. 그러면 물방울이 이 "핵" 주변에서 얼기 때문이다.실험에 따르면 구름 방울의 "균질한" 핵생성은 -35°C(238K; -31°F)[69]보다 낮은 온도에서만 발생한다.따뜻한 구름에서 에어로졸 입자 또는 "얼음 핵"은 핵 역할을 하기 위해 액체 안에 존재해야 한다.어떤 입자가 효율적인 얼음 핵을 만드는지에 대한 우리의 이해는 빈약합니다 – 우리가 알고 있는 것은 액체 방울이 형성되는 구름 응축 핵에 비해 매우 드물다는 것입니다.점토, 사막 먼지 및 생물학적 입자가 어느 정도인지는 불분명하지만 [70]효과적일 수 있다.인공 핵은 구름 [71]파종에 사용된다.그 물방울은 수증기가 얼음 표면으로 응축되면서 커진다.

다이아몬드 분진

주요 기사:다이아몬드 분진

얼음 바늘 또는 얼음 결정이라고도 하는 이른바 "다이아몬드 먼지"는 -40°C(-40°F)에 가까운 온도에서 더 차가운 지표면 기반 [72]공기와 혼합된 상공에서 약간 높은 수분을 가진 공기는 -40°C(-40°F)에 도달합니다.국제 기상 보고에서 다이아몬드 분진의 METAR 식별자는 [58]IC입니다.

절제

주요 기사: Ablation

얼음의 절제는 얼음이 녹는 것과 녹는 것 모두를 의미한다.

얼음의 용융은 물 분자 사이의 수소 결합의 분해를 수반한다.고체 속 분자의 순서는 더 낮은 상태로 분해되고 고체는 녹아서 액체가 된다.이것은 얼음의 내부 에너지를 녹는점 이상으로 증가시킴으로써 달성된다.얼음이 녹으면 80°C까지 동등한 양의 물을 가열하는 데 필요한 만큼의 에너지를 흡수합니다.녹는 동안 얼음 표면의 온도는 0°C로 일정하게 유지됩니다.용해 프로세스의 속도는 에너지 교환 프로세스의 효율성에 따라 달라집니다.자유 대류는 선형적으로 비율(T∞ − 398°C)α에,α=5/3 T∞ 8°C이하와 비례하는 것과 함께 T∞거나 398°C보다 더 큰 같은질 때 T∞은 398°C, 그리고 superlinearly, 물은 온도, T∞,에 따라 달라지는 비율과 신선한 물에 얼음 표면이 녹으면서 오로지, 은박, 수채 사이에=4/3 α.turesT∞.[73]

염분이 많은 환경 조건에서는 녹기 보다는 용해로 인해 얼음이 소실되는 경우가 많습니다.예를 들어, 북극해의 온도는 일반적으로 해빙을 태우는 녹는점보다 낮다.물의 온도가 설탕의 녹는점보다 훨씬 낮음에도 불구하고 소금과 물 분자를 혼합함으로써 고체에서 액체로의 상전이 달성된다.따라서 용해율은 염수송에 의해 제한되지만 용해율은 [clarification needed][74]열수송에 특징적인 훨씬 높은 속도로 발생할 수 있습니다.

인간 활동에서의 역할

인간은 수세기 동안 얼음으로 냉각과 음식 보존을 해왔고, 다양한 형태의 천연 얼음을 수확하고 나서 그 물질의 기계적 생산으로 전환해 왔다.얼음은 또한 다양한 형태와 겨울 스포츠를 위한 환경에서의 교통에 대한 도전이다.

냉각

얼음은 오랫동안 냉각수단으로 여겨져 왔다.기원전 400년, 페르시아 기술자들은 이미 한여름에 사막에 얼음을 저장하는 기술을 익혔다.이 얼음은 겨울 동안 인근 산에서 대량으로 들여와 야크찰(얼음 저장고라는 뜻)이라고 불리는 특별히 설계된 자연 냉각 냉장고에 보관되었다.이곳은 모래, 점토, 달걀 흰자, 석회, 염소털, 화산재로 이루어진 특수 모르타르로 된 두꺼운 벽(기단 최소 2m)을 가진 넓은 지하공간(최대 5000m3)으로 열전달에 강한 것으로 알려졌다.이 혼합물은 완전히 물이 침투할 수 없는 것으로 생각되었다.이 우주에는 종종 콰나트에 접근할 수 있었고, 종종 여름날 우주 내부의 온도를 추운 수준으로 쉽게 떨어뜨릴 수 있는 윈드캐처 시스템이 있었다.그 얼음은 왕족들을 위한 간식을 식히는 데 사용되었다.

수확

주요 기사:얼음 절단
1905년 미시간 주 세인트클레어 호수에서 얼음 채취

16-17세기 영국에는 겨울 동안 템즈강 하구의 저지대가 범람하고, 큰 시골집에 종종 있는 얼음집에 공급하기 위해 수레에 담아 계절에 따라 단열된 목조 주택에 보관하는 산업이 번성했으며, 멀리 떨어진 곳에서 물고기를 잡았을 때 신선하게 유지하는 데 널리 사용되었다.중국에서 같은 활동을 본 적이 있는 한 영국인에 의해 복제되었다고 한다.얼음은 1823년에 [75]노르웨이에서 영국으로 상당한 규모로 수입되었다.

미국에서는 1799년 [75]최초의 얼음 화물이 뉴욕에서 사우스 캐롤라이나 찰스턴으로 보내졌고, 19세기 전반에는 얼음 수확이 큰 사업이 되었다."얼음왕"으로 알려지게 된 프레데릭 튜더는 특히 열대지방의 장거리 얼음 수송을 위한 더 나은 단열재 개발에 힘썼다; 이것은 얼음 무역으로 알려지게 되었다.

트리에스테는 이집트, 코르푸, 잔테에, 스위스는 프랑스에 얼음을 보냈고 독일은 때때로 바이에른 [75]호수에서 공급되었다.헝가리 국회의사당은 겨울에 발라톤 호수에서 수확한 얼음을 냉방용으로 사용했다.

얼음 집들은 겨울에 형성된 얼음을 보관하고, 일년 내내 얼음을 사용할 수 있게 하기 위해 사용되었고, 아이스박스로 알려진 초기 형태의 냉장고는 그 안에 놓여진 얼음 덩어리를 사용하여 냉각되었다.많은 도시에서 여름 동안 정기적으로 얼음 배달 서비스를 제공하는 것은 드문 일이 아니었다.인공 냉동 기술의 등장으로 얼음의 배달은 쓸모 없게 되었다.

얼음은 여전히 얼음과 눈 조각 행사를 위해 수확된다.예를 들어, 그네톱은 매년 하얼빈 [76]국제빙설축제의 얼음을 쑹화강의 얼어붙은 표면에서 얻기 위해 사용된다.

기계 생산

19세기 후반의 제빙소 배치

현재 얼음은 식품 저장 및 가공, 화학 제조, 콘크리트 혼합 및 경화, 소비자 또는 포장 [77]얼음 등의 용도로 산업 규모로 생산되고 있습니다.대부분의 상업적인 제빙기는 다양한 기술을 [77]사용하여 플레이크, 튜브형, 플레이트의 세 가지 기본적인 형태의 얼음을 생산한다.대형 제빙기들은 [78]하루에 75톤의 얼음을 생산할 수 있다.2002년 미국에는 426개의 제빙 회사가 있으며, 총 출하액은 5억9548만7000달러입니다.[79]가정용 냉장고는 또한 내장된 제빙기로 얼음을 만들 수 있는데, 이 제빙기는 일반적으로 각얼음이나 으깬 얼음을 만든다.얼음을 만드는 독립형 제빙기 유닛은 종종 제빙기라고 불립니다.

교통.

얼음은 육지, 해상, 공중에서의 안전한 운송에 문제를 일으킬 수 있다.

육상 여행

관절식 버스에 의한 얼음 제어 상실

도로에 얼음이 생기는 것은 위험한 겨울 위험이다.검은 얼음은 서리가 내릴 것으로 예상되는 표면이 없기 때문에 보기가 매우 어렵습니다.녹는점 근처의 온도에서 발생하는 얼어붙은 비나 눈이 있을 때마다 차량의 유리창에 얼음이 쌓이는 것은 흔한 일이다.안전운전을 하려면 얼음덩어리를 제거해야 합니다.쇄빙기는 얼음을 깨고 창문을 치우기 위해 고안된 도구이지만 얼음을 치우는 것은 길고 힘든 과정일 수 있다.

결빙점보다 훨씬 아래에 있는 창문의 안쪽 표면에 얇은 얼음 결정층이 형성될 수 있습니다.이는 대개 차량이 잠시 주행한 후 혼자 있을 때 발생하지만, 외부 온도가 충분히 낮으면 주행 중에 발생할 수 있습니다.운전자의 호흡에서 나오는 습기는 크리스탈의 수분 공급원입니다.이러한 형태의 얼음을 제거하는 것은 번거롭기 때문에 사람들은 습기를 없애기 위해 차를 주차할 때 창문을 살짝 여는 경우가 많고, 이제는 이 문제를 해결하기 위해 리어 윈도우 디프로스터를 설치하는 것이 일반적이다.비슷한 문제가 가정에서도 발생할 수 있는데, 이것이 많은 추운 지역에서 단열재를 위해 이중 창문이 필요한 한 가지 이유이다.

실외 온도가 장기간 영하로 유지되면, 물이 흐르는 곳은 훨씬 더 차가운 온도를 필요로 하지만, 호수와 다른 수역에 매우 두꺼운 얼음층이 형성될 수 있습니다.얼음은 자동차나 트럭을 몰고 갈 수 있을 정도로 두꺼워질 수 있다.이 작업을 안전하게 수행하려면 최소 30cm(1피트)의 두께가 필요합니다.

수상 여행

휴런 호수의 선박 통행을 위해 얼음 통과 채널(빙판 포함)

선박의 경우 얼음은 두 가지 위험을 야기한다.첫째, 스프레이와 얼어붙은 비는 선박의 상부 구조물에 충분히 얼음을 만들어 선박을 불안정하게 만들고 증기 호스로 절단하거나 녹여야 할 수 있다.둘째, 빙산은 (일반적으로 빙하가 바다에 도달할 때 만들어짐) 물에 떠 있는 큰 얼음 덩어리는 항해 중에 배에 치이면 위험할 수 있다.빙산은 많은 배들의 침몰의 원인이 되었으며, 가장 유명한 것은 타이타닉호이다.극지 근처의 항구에 있어서, 얼음이 없는 것이 이상적으로는 일년 내내 중요한 이점이다.예를 들어 무르만스크(러시아), 페츠모(러시아, 옛 핀란드), 바르되(노르웨이) 등이 있다.얼음이 얼지 않은 항구는 쇄빙선을 이용해 개방한다.

항공 여행

주요 기사:결빙 상태
검은색 공압 부츠에 의해 부분적으로 방출된 항공기 날개 앞쪽 가장자리의 라이밍 얼음.

항공기의 경우, 얼음은 많은 위험을 야기할 수 있다.항공기는 상승하면서 온도와 습도가 다른 공기층을 통과하며, 그 중 일부는 얼음 형성에 도움이 될 수 있다.날개나 제어 표면에 얼음이 형성되면 항공기의 비행 품질에 악영향을 미칠 수 있습니다.대서양을 횡단하는 첫 번째 직항 비행 중, 영국의 비행사 존 앨콕 기장과 아서 휘튼 브라운 중위는 그러한 결빙 상태에 직면했다 – 브라운은 조종석을 떠나 그들이 비행하던 비커스 비미 항공기의 엔진 공기 흡입구를 덮고 있던 얼음을 제거하기 위해 여러 번 날개 위로 올라갔다.

왕복식 내연 엔진과 관련된 결빙에 의해 영향을 받는 한 가지 취약점은 카뷰레터입니다.공기가 카뷰레터를 통해 엔진으로 흡입되면 국소 공기 압력이 낮아져 단열 냉각이 발생합니다.따라서, 습기가 많은 동결에 가까운 환경에서는 카뷰레터가 더 차가워지고 얼음이 얼기 쉽습니다.그러면 엔진으로 공급되는 공기가 차단되어 고장이 발생합니다.이러한 이유로 카뷰레터가 장착된 항공기 왕복 엔진에는 카뷰레터 공기 흡입 히터가 제공됩니다.카뷰레터가 필요 없는 연료 분사 사용이 증가함에 따라 왕복 엔진의 "탄수화물 결빙" 문제가 줄어들었습니다.

제트 엔진은 탄소 결빙을 경험하지 않지만, 최근의 증거는 제트 엔진이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 쉽게 내부 결빙에 의해 느려지거나 중단되거나 손상될 수 있다는 것을 보여준다.대부분의 경우 엔진을 빠르게 재시동할 수 있고 비행은 위험에 처하지 않지만, 이러한 유형의 결빙을 생성하는 정확한 조건을 확인하고 비행 중에 이를 방지하거나 되돌릴 수 있는 최선의 방법을 찾기 위한 연구가 계속되고 있습니다.

오락과 스포츠

주요 기사:아이스 스포츠
17세기 네덜란드 화가 헨드릭 에이버캠프의 스케이트 재미

얼음은 또한 겨울 레크리에이션과 아이스 스케이트, 투어 스케이트, 아이스 하키, 밴디, 아이스 낚시, 아이스 클라이밍, 컬링, 빗자루볼, 그리고 봅슬레이, 루지, 스켈레톤을 타는 썰매 경기와 같은 많은 스포츠에서 중심적인 역할을 한다.얼음 위에서 경기하는 많은 다른 스포츠들은 동계 올림픽 기간 동안 매 4년마다 국제적인 관심을 받는다.

일종의 요트 날개가 달린 범선은 얼음 요트를 만들어낸다.또 다른 스포츠는 아이스 레이싱으로, 운전자는 차량의 미끄러짐을 제어하면서 호수 얼음 위에서 속도를 내야 한다.이 스포츠는 심지어 아이스링크용으로 개조되었다.

기타 용도

열 밸러스트로서

  • 얼음은 아이스박스에서 음식을 식히고 보존하는데 사용된다.
  • 각얼음이나 으깨진 얼음은 음료를 식히는 데 사용될 수 있다.얼음이 녹으면 열을 흡수하여 음료를 0°C(32°F) 가까이 유지합니다.
  • 얼음은 에어컨 시스템의 일부로 사용될 수 있으며, 배터리 또는 태양열 팬을 사용하여 얼음 위로 뜨거운 공기를 불어 넣을 수 있습니다.이는 특히 전력이 공급되지 않고 표준(전기로 구동되는) 에어컨이 작동하지 않는 폭염 시 유용합니다.
  • 얼음은 [80](다른 냉찜질처럼) 몸의 부위에 눌러서 붓기와 통증을 줄이기 위해 사용될 수 있습니다.

구조 재료로서

1983년 화물 작업 중 얼음 부두.남극 맥머도 기지
  • 기술자들은 1973년 [81]남극의 첫 부유 얼음 부두를 건설할 때 상당한 힘을 사용했다.이러한 얼음 교각은 화물 작업 중에 선박의 하역 및 하역 작업에 사용됩니다.함대 작전 요원들이 겨울에 부유식 부두를 만든다.그들은 맥머도 사운드의 자연적으로 생성된 얼어붙은 바닷물을 기반으로 도크가 약 22피트(6.7m) 깊이에 이를 때까지 건설합니다.얼음 교각의 수명은 3년에서 5년이다.
    핀란드 케미의 스노우캐슬리스 호텔의 얼음으로 만든 식당
  • 구조물들과 얼음 조각들은 큰 얼음 덩어리로 지어지거나 물을 뿌려서[82] 지어진다. 그 구조물들은 대부분 장식적인 것이고 장기 거주에는 실용적이지 않다.얼음 호텔은 몇몇 추운 지역에 계절별로 존재한다.이글루는 주로 눈으로 만들어진 임시 구조물의 또 다른 예이다.
  • 추운 기후에서는 도로가 얼음으로 뒤덮인 호수나 군도 지역에 정기적으로 준비된다.일시적으로 얼음 [82]위에 철도도 건설되었다.
  • 제2차 세계대전 중, 프로젝트 하프쿠크는 어뢰에 내성이 있는 선박과 큰 갑판을 얼음으로 만들 수 있는 용이성 때문에 전함, 특히 항공모함의 가능한 재료로 피크리트(얼음을 섞은 목재 섬유)를 사용하는 것을 조사하는 연합군의 프로그램이었다.소형 시제품이 [83]제작되었지만, 본격적으로 건조되기 전에 전쟁에서 그러한 선박의 필요성이 제거되었다.
  • 얼음은 타악기 연주자 테르제 이숭셋 [84]등 다양한 악기의 재료로 사용되기도 했다.

비물

주요 기사:휘발성 물질

다른 휘발성 물질의 고체상은 얼음이라고도 합니다. 일반적으로 휘발성은 녹는점이 100K 이상이면 얼음으로 분류됩니다.가장 잘 알려진 예는 이산화탄소의 고체 형태인 드라이아이스이다.

자기 모멘트가 물 얼음에서 양성자의 위치를 모방하고 물 얼음에서 양성자 구성의 기하학적 좌절에서 발생하는 베르날-파울러 얼음 규칙과 유사한 에너지 제약을 따르는 일부 절연 자성 물질에서도 얼음의 "자기 유사"가 실현된다.이 물질들은 스핀 아이스라고 불린다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크

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