الثلج

الثلج ماء متجمّد يتكون عندما تنخفض درجة حرارة المياه إلى درجة الصفر المئوية على أسطح البحيرات، والأنهار، والشوارع والأرصفة المبتلة. ويعد الجليد، والمطر الثلجي، والصقيع، والبَرَد صورًا من الثلج. ومن أمثلة الثلج أيضًا كتل الثلج الموجودة في الأنهار. وتعرف درجة الحرارة الصفر المئوية باسم نقطة تجمّد الماء، ويشار إليها بنقطة الثلج، وهي واحدة من نقطتين محددتين على الترمومتر. ويتجمد الماء المحتوي على شوائب، مثل الكحول والملح أو السكر، عند درجة حرارة أقل من درجة تجمد الماء النقي. وتضاف مثل هذه الشوائب إلى الماء لمنع تجمّده. وعند إضافة مثل هذه الشوائب إلى الثلج، تسبب انصهاره.

تنكمش معظم المواد بالتبريد، بينما يقل حجم الماء، فقط بالتبريد حتى تصل درجة الحرارة إلى 4°م. ويتمدد الماء عندما تقل درجة حرارة تبريده عن 4°م. وعند تجمّد الماء إلى ثلج فإنه يتمدد ويزداد في الحجم بمعدل حوالي واحد على أحد عشر. فعلى سبيل المثال، عندما يتجمّد 11سم§ من الماء، ينتج 12سم§ من الثلج. وتكون جزيئات الماء غير المتجمد قريبة من بعضها، وتتحرك بسرعة وبطريقة عشوائية. وعندما يتجمد الماء تبتعد الجزيئات عن بعضها وتتحرك ببطء أكثر، وتترتب في أشكال منتظمة. ويسبب هذا تمدّد الماء في الأنابيب مؤديًا إلى انفجارها. ويؤدي هذا التمدّد أيضًا إلى جعل الثلج أخف من الماء، لذا يطفو الثلج على سطح الماء.

يبدأ الثلج في الانصهار عندما تصبح درجة حرارة الأجواء المحيطة به أعلى من الصفر المئوي وتظل درجة حرارة كل من الثلج والماء غير المتجمد عند درجة الصفر المئوي حتى ينصهر كل الثلج.

استخدامات الثلج. يستخدم ملايين الناس الثلج يوميًا في تبريد أنواع عديدة من المشروبات. وتحفظ مصانع الأغذية اللحوم والدواجن والأسماك والخضراوات والفاكهة في الثلج أثناء شحنها وتخزينها لهذه الأنواع لحمايتها من الفساد. وتبطئ درجة حرارة الثلج المنخفضة من نمو البكتيريا التي يمكنها إفساد هذه المنتجات. وتستخدم شركات الأغذية أيضًا الثلج أثناء تصنيع بعض المنتجات مثل الدواجن الطازجة والسجق واللحوم المطهية.

وتستخدم مصانع الإسمنت والخرسانة الثلج في تبريد الخرسانة سابقة التجهيز، حيث إنَّ صّب الخرسانة ذات درجة الحرارة المرتفعة قد يسبب انكماشها، ويحدث بها عندئذ شروخًا نظرًا لسرعة تصلّدها. ويساعد خلط الخرسانة بالثلج، على إبطاء معدل تجمدها ويقلل من انكماشها.

ويستخدم الثلج أيضًا في علاج الإصابات. فعند وضع الثلج على الحروق والجروح يتوقف نمو الجراثيم التي يمكن أن تؤدي إلى تلّوث الجرح. كما يساعد الثلج أيضًا على وقف النزيف والتورم.

آلة تصنيع مكعبات الثلج تصنع أنابيب قصيرة من الثلج (إلى اليسار). تطرح الآلة الثلج، إلى داخل صندوق على حزام ناقل وفيها عدد من الأنابيب الفولاذية. وخلال دورة التجميد للآلة (أعلى اليسار)، تحاط الأنابيب بالمبرد ويجري الماء إلى داخله ويتجمد. وفي دورة الدفء (أعلى اليمين)، يقوم غاز النشادر الساخن مقام المبرد وتطرح أسطوانات طويلة من الثلج ويوجد قاطع يقوم بقطع الأسطوانات إلى أنابيب قصيرة.
كيفية صناعة الثلج. يستخدم منتجو الثلج آلات كبيرة لعمل أشكال مختلفة من الثلج. ومن الأشكال الشائعة الثلج المجروش و مكعبات الثلج، وتستخدم المستشفيات والفنادق والمطاعم آلات أصغر لعمل هذه الأشكال.

يصنع الثلج المجروش بآلات تُجمد الماء على قطع مستطيلة ناعمة من الفولاذ المقاوم للصدأ معروفة باسم الألواح.

وتثبت هذه الألواح عموديًا وتبرد. ويرش الماء على سطح واحد من كل لوح، حيث تتكون طبقة من الثلج. وبإمرار تيار من الماء غير المبرد على السطح الآخر من اللوح ينفصل الثلج، حيث يسقط إلى قاع الآلة. هناك جهاز يسمى الكسارة التي تكسر الثلج إلى قطع.

تصنع مكعبات الثلج في آلة تجمد الماء داخل أنابيب طويلة من الفولاذ المقاوم للصدأ. ويبلغ ارتفاع هذه الأنابيب حوالي ثلاثة أمتار، محاطة بالمبرِّد، ويمرر الماء خلالها حتى يتجمد. وبعد أن يتجمّد الماء، يُستبدل بالمبرد غاز النشادر الساخن. وتؤدّي حرارة الغاز إلى انفصال الثلج داخل الأنابيب، وينزلق الثلج إلى أسفل. ويوجد عند قاع الأنابيب جهاز القطع الذي يقطع أسطوانات الثلج الطويلة إلى قطع من مكعبات الثلج. ويبلغ طول ضلع القطعة حوالي 2,5سم.

وهناك صورة قديمة من أسلوب تصنيع الثلج تسمّى لوح الثلج، ويصنع الثلج في هذه الحالة بصبّ الماء النقي داخل أوعية معدنية ضخمة، في صورة مستطيلات، ذات جوانب وقمة مفتوحة. وتوضع الأوعية في محلول ملحي يسمى الأجاج (الماء الملحي). وتتراوح درجة حرارة المحلول الملحي بين -14°م و -8°م. ويمرر غاز النشادر خلال أنابيب داخل المحلول الملحي، ويقوم غاز النشادر بدور المبّرد. وبعد تجمّد الماء النقي داخل الأوعية على صورة ألواح من الثلج، تقوم الروافع برفع الأوعية من المحلول الملحي، ثم تغمس الأوعية بعد ذلك في ماء دافئ لإزالة ألواح الثلج والتي يبلغ وزن الواحد منها حوالي 136كجم.

هناك طريقة أخرى لصناعة الثلج حيث يجمّد الماء على السطح الخارجي لأسطوانة دوارة ويكشط على شكل رقائق صغيرة. ويمكن تجميد الماء على السطح الداخلي لأسطوانة دوارة و يكشط على شكل رقائق صغيرة كما يمكن أيضًا تجميد الماء على السطح الداخلي لأسطوانة مثبّت عليها نتوءات مستوية. ويشبه الثلج المكشوط من هذه الأسطوانة الجليد، ويضغط الثلج الناتج داخل أوعية صغيرة تسمى القوالب.

ماء متجمّد يتكون عندما تنخفض درجة حرارة المياه إلى درجة الصفر المئوية على أسطح البحيرات، والأنهار، والشوارع والأرصفة المبتلة. ويعد الجليد، والمطر الثلجي، والصقيع، والبَرَد صورًا من الثلج. ومن أمثلة الثلج أيضًا كتل الثلج الموجودة في الأنهار. وتعرف درجة الحرارة الصفر المئوية باسم نقطة تجمّد الماء، ويشار إليها بنقطة الثلج، وهي واحدة من نقطتين محددتين على الترمومتر. ويتجمد الماء المحتوي على شوائب، مثل الكحول والملح أو السكر، عند درجة حرارة أقل من درجة تجمد الماء النقي. وتضاف مثل هذه الشوائب إلى الماء لمنع تجمّده. وعند إضافة مثل هذه الشوائب إلى الثلج، تسبب انصهاره.

تنكمش معظم المواد بالتبريد، بينما يقل حجم الماء، فقط بالتبريد حتى تصل درجة الحرارة إلى 4°م. ويتمدد الماء عندما تقل درجة حرارة تبريده عن 4°م. وعند تجمّد الماء إلى ثلج فإنه يتمدد ويزداد في الحجم بمعدل حوالي واحد على أحد عشر. فعلى سبيل المثال، عندما يتجمّد 11سم§ من الماء، ينتج 12سم§ من الثلج. وتكون جزيئات الماء غير المتجمد قريبة من بعضها، وتتحرك بسرعة وبطريقة عشوائية. وعندما يتجمد الماء تبتعد الجزيئات عن بعضها وتتحرك ببطء أكثر، وتترتب في أشكال منتظمة. ويسبب هذا تمدّد الماء في الأنابيب مؤديًا إلى انفجارها. ويؤدي هذا التمدّد أيضًا إلى جعل الثلج أخف من الماء، لذا يطفو الثلج على سطح الماء.

يبدأ الثلج في الانصهار عندما تصبح درجة حرارة الأجواء المحيطة به أعلى من الصفر المئوي وتظل درجة حرارة كل من الثلج والماء غير المتجمد عند درجة الصفر المئوي حتى ينصهر كل الثلج.

استخدامات الثلج. يستخدم ملايين الناس الثلج يوميًا في تبريد أنواع عديدة من المشروبات. وتحفظ مصانع الأغذية اللحوم والدواجن والأسماك والخضراوات والفاكهة في الثلج أثناء شحنها وتخزينها لهذه الأنواع لحمايتها من الفساد. وتبطئ درجة حرارة الثلج المنخفضة من نمو البكتيريا التي يمكنها إفساد هذه المنتجات. وتستخدم شركات الأغذية أيضًا الثلج أثناء تصنيع بعض المنتجات مثل الدواجن الطازجة والسجق واللحوم المطهية.

وتستخدم مصانع الإسمنت والخرسانة الثلج في تبريد الخرسانة سابقة التجهيز، حيث إنَّ صّب الخرسانة ذات درجة الحرارة المرتفعة قد يسبب انكماشها، ويحدث بها عندئذ شروخًا نظرًا لسرعة تصلّدها. ويساعد خلط الخرسانة بالثلج، على إبطاء معدل تجمدها ويقلل من انكماشها.

ويستخدم الثلج أيضًا في علاج الإصابات. فعند وضع الثلج على الحروق والجروح يتوقف نمو الجراثيم التي يمكن أن تؤدي إلى تلّوث الجرح. كما يساعد الثلج أيضًا على وقف النزيف والتورم.

آلة تصنيع مكعبات الثلج تصنع أنابيب قصيرة من الثلج (إلى اليسار). تطرح الآلة الثلج، إلى داخل صندوق على حزام ناقل وفيها عدد من الأنابيب الفولاذية. وخلال دورة التجميد للآلة (أعلى اليسار)، تحاط الأنابيب بالمبرد ويجري الماء إلى داخله ويتجمد. وفي دورة الدفء (أعلى اليمين)، يقوم غاز النشادر الساخن مقام المبرد وتطرح أسطوانات طويلة من الثلج ويوجد قاطع يقوم بقطع الأسطوانات إلى أنابيب قصيرة.
كيفية صناعة الثلج. يستخدم منتجو الثلج آلات كبيرة لعمل أشكال مختلفة من الثلج. ومن الأشكال الشائعة الثلج المجروش و مكعبات الثلج، وتستخدم المستشفيات والفنادق والمطاعم آلات أصغر لعمل هذه الأشكال.

يصنع الثلج المجروش بآلات تُجمد الماء على قطع مستطيلة ناعمة من الفولاذ المقاوم للصدأ معروفة باسم الألواح.

وتثبت هذه الألواح عموديًا وتبرد. ويرش الماء على سطح واحد من كل لوح، حيث تتكون طبقة من الثلج. وبإمرار تيار من الماء غير المبرد على السطح الآخر من اللوح ينفصل الثلج، حيث يسقط إلى قاع الآلة. هناك جهاز يسمى الكسارة التي تكسر الثلج إلى قطع.

تصنع مكعبات الثلج في آلة تجمد الماء داخل أنابيب طويلة من الفولاذ المقاوم للصدأ. ويبلغ ارتفاع هذه الأنابيب حوالي ثلاثة أمتار، محاطة بالمبرِّد، ويمرر الماء خلالها حتى يتجمد. وبعد أن يتجمّد الماء، يُستبدل بالمبرد غاز النشادر الساخن. وتؤدّي حرارة الغاز إلى انفصال الثلج داخل الأنابيب، وينزلق الثلج إلى أسفل. ويوجد عند قاع الأنابيب جهاز القطع الذي يقطع أسطوانات الثلج الطويلة إلى قطع من مكعبات الثلج. ويبلغ طول ضلع القطعة حوالي 2,5سم.

وهناك صورة قديمة من أسلوب تصنيع الثلج تسمّى لوح الثلج، ويصنع الثلج في هذه الحالة بصبّ الماء النقي داخل أوعية معدنية ضخمة، في صورة مستطيلات، ذات جوانب وقمة مفتوحة. وتوضع الأوعية في محلول ملحي يسمى الأجاج (الماء الملحي). وتتراوح درجة حرارة المحلول الملحي بين -14°م و -8°م. ويمرر غاز النشادر خلال أنابيب داخل المحلول الملحي، ويقوم غاز النشادر بدور المبّرد. وبعد تجمّد الماء النقي داخل الأوعية على صورة ألواح من الثلج، تقوم الروافع برفع الأوعية من المحلول الملحي، ثم تغمس الأوعية بعد ذلك في ماء دافئ لإزالة ألواح الثلج والتي يبلغ وزن الواحد منها حوالي 136كجم.

هناك طريقة أخرى لصناعة الثلج حيث يجمّد الماء على السطح الخارجي لأسطوانة دوارة ويكشط على شكل رقائق صغيرة. ويمكن تجميد الماء على السطح الداخلي لأسطوانة دوارة و يكشط على شكل رقائق صغيرة كما يمكن أيضًا تجميد الماء على السطح الداخلي لأسطوانة مثبّت عليها نتوءات مستوية. ويشبه الثلج المكشوط من هذه الأسطوانة الجليد، ويضغط الثلج الناتج داخل أوعية صغيرة تسمى القوالب.