Лед (физ.) — твердое тело, образующееся из воды при понижении ее температуры до нуля и ниже. Переход воды в Л. есть физическое явление и совершается без изменения химического ее состава, но газы, растворенные в воде, при замерзании выделяются; соли выделяются частью (см. Замерзание). Здесь рассматриваются физические свойства чистого Л., не содержащего в себе пузырьков газа. Плотность его выражается числом 0,9177 (по Дюфуру и Бруннеру) или 0,91674 (по Бунзену). Вода — одно из тех немногих тел, которые при затвердевании увеличиваются в объеме; благодаря этому, Л. плавает на воде, даже на горячей (плотность воды при 100°=0,9587). Плотность воды при 0° равна 0,999873, следовательно, объем Л. при 0° в раз больше объема воды, из которого он образовался. Это увеличение объема происходит с громадной силой, так что сосуды (даже металлические), наполненные водой, при замерзании последней часто лопаются. Температура образования Л. из чистой воды при нормальном атмосферном давлении обозначается нулем термометренной шкалы Цельсия (и Реомюра); образовавшийся Л. при 0°, подвергнутый сильному давлению, может опять обратиться в воду и обратно — вода, подвергнутая сильному давлению, может не обратиться в Л. и при температуре ниже 0°. Влияние давления на понижение температуры, впрочем, незначительно в сравнении с влиянием его на точку кипения. В. Томсон нашел, что при давлении в 8,1 атмосф. — Л. образуется при −0°,059 (−0°,059 : 8,1 = −0,00728); при 16,8 атмосф. при −0°,129 (−0°,129 : 16,8 = 0,00768). Дж. Томсон еще ранее, теоретическим путем, вычислил величину понижения температуры плавления от давления одной атмосф. равным −0°,00752. Влиянием давления на температуру плавления объясняется кажущаяся «пластичность» Л. Куски Л. (снег), под сильным давлением, расплавляются по поверхности и по освобождении от давления спекаются и дают цельную прозрачную массу. Этим явлением объясняется «течение» ледников (см. Глетчер). Л. испаряется; упругость паров Л. ниже упругости паров воды (переохлажденной, т. е. остающейся жидкой при температурах ниже 0°, см. Плавление); при 0° обе упругости равны. Вот данные Фишера (1886) относительно упругости паров воды и Л. при температурах ниже нуля (даны в мм. ртутного столба)
| Лед | Вода | |
|---|---|---|
| −10° Ц. | 2,03 | 2,25 |
| −5° Ц. | 3,06 | 3,22 |
| −2° Ц. | 3,94 | 4,01 |
| 0° Ц. | 4,64 | 4,64 |
При охлаждении Л. он сжимается как и вообще всякое твердое тело (переохлажденная вода при тех же температурах расширяется), а при повышении температуры — расширяется. Коэффициент расширения Л. (линейный), по Шумахеру = 0,000052356, по другим измерениям 0,00005280—5300 (в пределах от −1°,25 до −27°,5). Километр Л. (если он был по всей длине однороден) при понижении температуры от −5° до −20° сжимается более чем на 3/4 м., что и может быть причиной образования трещин на больших водных пространствах, покрытых льдом. Теплоемкость льда в два раза меньше теплоемкости воды, и равна, по Дезэну, 0,504. Теплопроводность льда по Форбсу (1875), в направлении, параллельном оптической оси (см. ниже), равна 0,223, а в направлении, перпендикулярном к ней равна 0,213, т. е. в 1 секунду через каждый кв. метр ледяной пластины толщиной в 1 мм. и разность температур сторон которой равна 1° Ц., проходит 0,223 или 0,213 больших калорий. Теплопроводность плотно лежащего снега, по Хьелштрему (1890) равна 0,507. Скрытая теплота плавления льда, т. е. то количество больших калорий, которое необходимо чтобы 1 кг. льда при 0° расплавить и превратить в воду при 0°, равна:
| при 0° | 80,025 | по Бунзену (1870) |
| при −2,8° | 77,851 | по Петерсону (1880) |
| при −6,0° | 76,75 | |
| при −6,5° | 76,00 |
В оптическом отношении. — Л. двупреломляющее тело. Коэффициенты преломления (при 0°) обыкновенного и необыкнов. луча для главнейших линий спектра, по Пульфриху (1887):
| Обыкнов. | Необыкн. | |
|---|---|---|
| Линия А | 1,30496 | 1,30626 |
| Линия В | 1,30645 | 1,30775 |
| Линия С | 1,30715 | 1,30861 |
| Линия D (Na) | 1,30911 | 1,31041 |
| Линия E | 1,31140 | 1,31276 |
| Линия F | 1,31355 | 1,31473 |
Л. как минерал. Массы его образуют простую горную породу, называемую тем же именем. Л. — тело кристаллическое, однако, благодаря чрезвычайной наклонности к двойниковому или сетчатому срастанию многих неделимых, до сих пор кристаллографический характер его не доказан с точностью. Отдельные снежинки, как бы малы они ни были, представляют агрегат неправильно развитых кристалликов, сросшихся между собой в виде изящных нежных звездочек, имеющих обыкновенно шестилучевой характер. Несомненно, однако, что Л. принадлежит гексагональной системе, по одним исследователям, полногранному ее отделению, а по другим — ромбоэдрическому. Л. не обнаруживает ясной спайности ни по одному направлению; излом его раковистый. Однако, при ударе дает трехлучевую звезду с углом в 120°. Твердость 1,5. Оптически одноосен. Двойное лучепреломление положительное. Смотря по условиям своего образования, Л. принимает различные формы, которые носят особые названия (см. Снег, Иней, Град). Ледяные сосульки представляют ледяные капельники или сталактиты, в которых кристаллические неделимые расположены радиально относительно оси капельника. Ледяная кора и ледяные глыбы имеют вид плит различной толщины; они образуются на поверхности различных водных бассейнов: рек, озер и морей. В ледяной коре, образовавшейся на спокойной поверхности воды, наблюдается параллельно-шестоватое строение — длинные призматические кристаллы льда располагаются своими осями перпендикулярно поверхности отвердевания. Такое строение особенно хорошо обнаруживается весной, когда под действием солнечных лучей неделимые разъединяются и ледяная плита распадается на множество игол, достигающих иногда до 1 фт. длины. О фирне, глетчерном льде, см. Глетчеры; также Л. (физ. ч.).