Sne på is
Hej Spørg om Fysik
Jeg vil gerne vide om sne isolerer på f.eks en isbelagt sø. Jeg forestiller mig at der ligger 10 cm sne på isen. Vil denne is øge sin tykkelse langsommere ved frostvejr ( f.eks.minus 8 grader) eller hurtigere i forhold til steder hvor isen er bar (uden sne)?
Med venlig hilsen
J J
Der findes nogen data for is og sne forskellige steder.
Is har en varmeledningsevne på 2,5 til 2,2 (W m-1 K-1) . Den afhænger af temperaturen og den bliver større, når temperaturen bliver lavere. Da frysning sker på undersiden af isen (vi antager at der ikke er vand på oversiden, men kun det vand under isen, som den flyder på) skal frysnings varmen altså transporteres fra det frysende vand og igennem isen til overfladen, så det der bestemmer, hvor hurtigt isen bliver tykkere, er altså istykkelsen, og forskellen imellem vandtemperaturen og lufttemperaturen samt isens varmeledningsevne. Des tykkere is des langsommere forøgelse af tykkelsen, fordi isolationsevnen er proportional med istykkelsen (og også proportional med temperaturforskellen).
Som man vil se af overstående graf, som viser sneens varmeledningsevne, er der mange typer sne, som er ret forskellige. Varmeledningsevnen ligger fra 0,03 til 0,5 (W m-1 K-1). Den er i alle tilfælde meget mindre end isens, så det tager længere tid at fryse isen, når der er sne på den end uden sne. Billedet taget fra Snow Research
Et lille eksempel: Beregnet under ideelle omstændigheder og hvis der ikke er strømninger af betydning i vandet under isen: Hvis vi starter i ligevægt (dvs. vi har haft ens temperaturforhold et stykke tid) og luft temperaturen over den bare is er -10 ⁰C og vandet 0 ⁰C, isen 15 cm tyk (så der må skøjtes de fleste steder), vil der fryses 1 kg is på undersiden på ca.35 min. Det koster nemlig en del varmeafgivelse at fryse vand, 334,4 (kJ/kg) Den varmemængde skal så tilføres for at smelte samme ismængde igen (derfor is i drinks). Det forøger så isens lagtykkelsen med ca. 1 mm. Lægger vi 15 cm sne ovenpå, og antager at det er sne af en type, som har en varmeledningsevne i midten af området, dvs. 0,25 (W m-1 K-1) tager det med 15 cm sne og 15 cm is 6,4 timer at fryse samme islag.
Havde islaget i stedet haft denne tykkelse dvs. 30 cm som sne og is tilsammen, ville det samme tage godt 1 time. Så sneen er en langt bedre isolator end isen, des løsere sne des bedre, fordi det giver lavere varmeledningsevne. Det tilsvarende er tilfældet når det hele skal varmes op igen, men der smelter sneen normalt først og derefter isen, så sneens isolationsevne spiller kun en rolle en lille del af tiden.
Gammel tegning af isbåd før isbryderne fra Internettet
Med venlig hilsen
Malte Olsen