Vào mùa đông lạnh giá, khi thức dậy vào buổi sáng, chúng ta thường thấy một lớp sương giá mỏng trên cửa sổ xe hơi, nhưng không nhất thiết phải thấy rõ trên tường xe. Các nguyên lý khoa học đằng sau điều này thực sự rất thú vị và đáng để chúng ta khám phá cẩn thận.
Sương giá là lớp băng mỏng trên bề mặt rắn. Nó hình thành khi hơi nước lắng xuống trên bề mặt băng.
Sự hình thành sương giá thường xảy ra khi không khí ẩm xung quanh tiếp xúc với vật thể lạnh. Khi lượng hơi nước trong không khí vượt quá lượng tối đa mà nó có thể chứa ở một nhiệt độ cụ thể, độ ẩm tương đối sẽ vượt quá 100%. Quá trình này tương tự như quá trình hình thành sương, nhưng sương giá xảy ra ngay dưới điểm đóng băng của nước và thường không trải qua giai đoạn hóa lỏng.
Vật liệu của cửa sổ ô tô hấp thụ hơi nước rất tốt, khiến sương giá hình thành đầu tiên trên cửa sổ ô tô vào mùa đông, trong khi điều này không nhất thiết xảy ra trên tường. Trên nhiều cửa sổ ô tô, ngay cả vào những đêm rất lạnh, nhiệt độ bề mặt vẫn giảm xuống dưới điểm sương nhanh hơn, gây ra hiện tượng sương giá.
Khi nhiệt độ không khí giảm xuống và đạt đến điểm sương, hơi nước dư thừa sẽ buộc phải lắng xuống, tạo thành sương giá.
Điều này là do cửa sổ ô tô hiện đại tương đối mỏng nên chúng hấp thụ nhiệt độ của không khí lạnh xung quanh nhanh hơn, đặc biệt là khi nhiệt độ xuống dưới mức đóng băng vào ban đêm. Ngược lại, những bức tường dày hơn, do có khối lượng nhiệt lớn, giữ nhiệt tốt hơn và ít bị đóng băng hơn.
Ngoài ảnh hưởng của vật liệu, một yếu tố khác là độ nhẵn mịn của bề mặt cửa sổ ô tô. Bề mặt kính nhẵn và bóng, tạo điều kiện cho các tinh thể nhỏ hình thành, trong khi bề mặt thành kính thường gồ ghề và không có điều kiện thuận lợi để hỗ trợ sự bám dính của sương giá.
Quá trình hình thành tinh thể cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất không khí, chuyển động của không khí và độ nhám bề mặt.
Trong khí tượng học, quá trình hình thành sương giá có thể được giải thích bằng hiện tượng gọi là "hình thành hạt". Sự kết tinh là quá trình hơi nước bắt đầu kết tinh ở nhiệt độ thấp, đặc biệt là trong môi trường ẩm ướt. Khi độ ẩm trong môi trường xung quanh đạt đến mức tới hạn, hơi nước bắt đầu lắng đọng trên bề mặt đã được làm mát.
Thông thường, khi nhiệt độ môi trường xuống thấp hơn điểm đóng băng của một vật thể, nước sẽ lan ra rất nhanh trên cửa sổ ô tô, trong khi sự thay đổi trên tường sẽ diễn ra tương đối chậm. Đây là lý do tại sao chúng ta thường thấy một lớp sương giá mỏng trên cửa sổ ô tô vào buổi sáng nhưng không thấy trên tường. Lúc này, các tinh thể sương giá tự nhiên sẽ hình thành trên bề mặt kính cửa sổ dưới sự xâm nhập của không khí lạnh bên ngoài.
Các loại sương giá bao gồm sương giá pha lê, sương giá trắng, sương giá cửa sổ, v.v., thay đổi tùy thuộc vào lượng hơi nước và độ ẩm của môi trường.
Trong số các loại sương giá khác nhau, sương giá trắng hình thành khi độ ẩm tương đối trong không khí vượt quá 90% và nhiệt độ dưới -8°C, trong khi sương giá trên cửa sổ có thể hình thành khi không khí lạnh thổi qua bề mặt ẩm. Lớp sương giá này trên cửa sổ thường tạo thành những họa tiết hoa băng tuyệt đẹp, sự hình thành của chúng cũng phụ thuộc vào độ mịn, nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ luồng không khí.
Những hiện tượng này không chỉ ảnh hưởng đến cuộc sống gia đình mà còn cả sản xuất nông nghiệp, vì sương giá có thể gây hại cho mùa màng và nông dân thường cần phải có biện pháp phòng chống sương giá để bảo vệ mùa màng.
Sương giá đôi khi có thể mang lại vẻ đẹp thiên nhiên tươi đẹp cho một số khu vực, nhưng trong một số trường hợp, nó cũng có thể gây ra thiệt hại thảm khốc cho mùa màng.
Khi khí hậu thay đổi và nhiệt độ toàn cầu tăng lên, mô hình của các hiện tượng tự nhiên này có thể thay đổi và chúng ta cần hiểu sâu hơn về cách băng giá hình thành cũng như cách ứng phó và thích nghi với những thay đổi này. Vậy, bạn đã bao giờ để ý đến hiện tượng này chưa? Bạn có những biện pháp phòng ngừa nào trong cuộc sống hàng ngày để ứng phó với sự xuất hiện của sương giá?