雪花为什么大多都是六个瓣呢(请用物理学角度解释)

角速度单位2023-05-05  20

原来雪花的基本组织是冰胚,每一个冰胚是由五个水分子组成的。其中四个水分子虽在一个四面体的顶角上,另有一个水汾子 于四面体中心。许多冰胚互相连接,就组成冰晶,话多冰晶结合,就形成了雪花。因此,雪花之所以呈六角形,是与一些水分子怎样结合成为冰胚,以及冰胚怎样结合成冰晶等有关。 前页冰晶结构图中,每一个圆圈代表一个水分子,把书倒过来看,可以看出六角形结构。可见冰胚的顶底结合,只能使雪花变厚;冰胚的平排结合,却不单可使我们看出最初的六角形结晶来,而且还可以看出由水分子一个一个结合上去,新的六角形结晶是怎样从原有六角形雪花中增长起来的。 光是六形的结合,并不一定能组成很对称的六角形雪花的,根据研究,雪花在空中飘浮时本身还会振动。这种振动,是环绕对称点而进行的。这样,就保证了在增长过程中的雪花,始终保持六角形。至于六角形的千姿百态,则与雪花在空中飘浮时,空中的温度和湿度条件不同有关。 在我国南方,由于近地面空气温度比较高,雪花从空中飘落下来,就会部分融化,变为湿雪花,六角形就会有些破坏。湿雪花在空中互相碰撞,还会粘并起来,形成不规划的鹅毛雪片。

为什么雪花的形状各不相同

雪花都是由空中的尘埃引起水分子层层凝结而成的,尽管每一朵都呈六边形,但是细心观察,我们几乎找不到两片完全相同的雪花。有的雪花晶体矮矮胖胖,有的纤细修长,有的扁平如板,也有的带着精致的枝杈。为什么雪花的形状各不相同呢?

原来雪花的结构形状取决于晶体迅速穿越高空大气层时经历的温度、水汽及气流的变化。雪晶总是对称的,因为云层中的环境虽说在不断变化,但这些变化却始终是对称地同时作用于晶体的六条边。形成一颗雪晶需要大约15分钟。

产生雪晶的云层温度必须在华氏4度到14度之间,云中必须充满稠密的水蒸气。因为大量水蒸气的存在,为晶体提供了丰富的可加工的原料,同时也提供了构制各种复杂图案的可能性。

晶体长大到重量足以使它穿越云层下的气流时,以每秒钟约3公里的速度悠然飘向地面。如果近地面的温度高于华氏32度,雪晶化成雨水降落;如果温度恰好比32度略低,晶体在飘落的途中就与另一些晶体结合在一块形成雪花落下。当雪晶飘落时,如果云层下有上升的气流盘旋,晶体就一会儿上升,一会儿下降,粘结成越来越大的冰块,直至重量增大到足以克服上升的气流时,就以冰雹的形式下落到地面。

雪花形成的时候,大气里水气是饱和的,温度则在摄氏零度以下。微细的冰晶会渐渐围绕着凝结核。然后,冰晶连结在一起而雪花亦随之诞生。这过程被称为“结晶”。在结晶过程中,水分子会以它们的基本排列方式从液态变成固态。由于冰晶的基本模式是六角棱体,大部份冰晶的雏形都是六角形的。当更多的水分子与冰晶结合后,,他们会由第一个六角形开始保持冰晶的形状继续向外生长。

虽然大部份冰晶形成时有着六边对称的特性,但是它们会因应温度的改变而做成很多不同形状的变化。若温度低于摄氏零下三十度,六角柱体的冰晶便会形成,典型的六角形的扁平片状雪花会在摄氏零下十五度左右时形成。当温度上升至摄氏零下五度,无论针状、柱状抑或一些不能估计的形状的雪花便会产生。由于雪层越高,温度越冷,因此六角柱状的雪花通常会在高云形成。较低的云层通常会形成六角平面的片状雪花,而不同形状的结晶会在低云中产生。

我们知道雪晶的六角形状能细分为两大类,一是片状,另一类是柱状。我们经常看到比较美丽的雪花便是那些六边对称的片状雪晶。它们通常会在温度介乎摄氏零下五度至零下二十度之间形成,柱状雪花包括了针状和中空柱状,针状雪晶在温度介乎摄氏零度至摄氏零下五度形成,中空柱状在是低于摄氏零下二十度形成。

如果我们希望找出大部分冰晶是六角棱体的原因,我们或许应该首先了解一下水分子。水分子是由两个氢原子以及一个氧原子(这便是我们常把水称为H2O的原因),它们以一种很强的键——共价键, 黏合在一起。

当液态的水分子被冷却至凝固点,水分子会互相碰撞,形成固态冰晶,然后它们会利用氢键结合在一起。若分子与分子之间结合,便会更稳定。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,这也是为什么大部份冰晶是六角形的。

1、雪花晶体的形状有很多种,温度不同形成的形状亦不相同,比如零下五度时,它的形状有点像棱柱状,在零下15度的时候看上去又像个盘子。而且在一些复杂的自然环境条件下,还会形成一些更为复杂的形状。

2、雪花也称银粟,玉龙,玉尘,是一种晶体,是天空中的水汽经凝华而来的固态降水,结构随温度的变化而变化,多呈六角形,像花。雪花的形状极多,每片雪花都是一幅极其精美的图案,连许多艺术家都赞叹不止。雪花大都是六角形的,这是因为雪花属于六方晶系。云中雪花"胚胎"的小冰晶,主要有两种形状。一种呈六棱体状,长而细,叫柱晶,但有时它的两端是尖的,样子像一根针,叫针晶。另一种则呈六角形的薄片状,就像从六棱铅笔上切下来的薄片那样,叫片晶。

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