Влияние зарядов и электрического поля грозовых облаков на кристаллизацию переохлажденных капель может проявляться двояким образом. Во-первых, может осуществляться непосредственное влияние электрических сил на состояние переохлажденных капель, приводящее к их кристаллизации при более высоких температурах, чем при отсутствии этих сил. Во-вторых, электрические силы могут влиять на частоту поступления на поверхность переохлажденных капель активных ядер кристаллизации, что может привести к увеличению вероятности кристаллизации капель при данной температуре переохлаждения.[ ...]
Начиная с 50-х годов нашего столетия был выполнен ряд исследований в этом направлении, которые, однако, не позволяют в достаточной степени прояснить сущность вопроса, так как результаты экспериментов не являются однозначными. Так, Рау [478] помещал капли переохлажденной воды на полированную хромированную подложку при температурах от —4 до —7° С. Когда создавалось поле напряженностью (2- 6) • 106 В/м и возникал искровой разряд, происходило замерзание капель. Рау пытался объяснить действие электрического поля его ориентирующим влиянием на дипольные моменты молекул воды.[ ...]
Шефер (см. в [475]) исследовал поведение переохлажденных капель воды, находящихся на поверхности пластика, в поле, создаваемом катушкой Тесла, т. е. в переменном поле с частотой в несколько килогерц. При искровом разряде обнаруживался положительный эффект. Однако, когда подобные опыты были повторены в облаке переохлажденных капелек, находящихся в холодильной камере, кристаллизация не наступила.[ ...]
Так как существовала неясность относительно причин, вызывающих кристаллизацию переохлажденных капель, то Пруппахер [475] предпринял исследование, целью которого было установить, что влияет на кристаллизацию: непосредственно электрическое поле или токи коронного разряда. Кроме того, он повторил упомянутые выше эксперименты для того, чтобы убедиться в их достоверности. Так, он помещал капли дистиллированной деионизированной воды на подложку из полиэтилена. Капли, переохлажденные до —5, —7° С, при приближении к ним заряженного трением стержня из тефлона и при проскакивании искры замерзали. Такой же эффект наблюдался в поле катушки Тесла, создающей колебания частотой 3—4 МГц и напряжением (4ч-5) • 104 В, когда капли находились на гидрофобной поверхности при температуре —4° С, т. е. при такой температуре, при которой они без поля не замерзали.[ ...]
Результаты экспериментальных исследований Рулло [490] с каплями дистиллированной воды диаметром 0,5 мм, находящимися на поверхности стеклянной пластинки, погруженной в силиконовое масло, в электрическом поле напряженностью от 1 • 105 до 9 • 10® В/м не противоречат представлениям Пруппахера. Рулло обнаружил, что с повышением напряженности поля температура замерзания капель повышается. Однако из опытов с туманом, образовавшимся в камере при адиабатическом расширении, было получено, что при повышении напряженности поля от 1 • 105 до 5- 105 В/м также наблюдалось увеличение вероятности замерзания капелек, которое определялось по числу образовавшихся и выпавших ледяных кристаллов. В этом случае замерзание капелек происходило без соприкосновения воды с твердым телом.[ ...]
К совершенно противоположным выводам по сравнению с Пруппахером [475] и Аусманом и Бруком [217] пришли Аббас и Лезем [209]. Они исследовали поведение переохлажденных капель радиусом от 1,06 до 1,34 мм, подвешенных на стерженьках из изолятора в холодильной камере, при воздействии на них электрическим полем или механическим встряхиванием. В результате было получено, что если при температурах от 0 до —22° С происходит разрушение капель под действием электрических или механических сил с образованием нитей, то оно сопровождается кристаллизацией капель. Аббас и Лезем считают, что при этом не происходит смещение капли относительно стерженьков и что это смещение вообще не играет существенной роли в замерзании капель. Такой вывод следует из данных, которые были ими получены. Например, за 5-минутные интервалы вероятность замерзания капель в электрическом поле, не достигающем критических значений, или при интенсивном механическом встряхивании при температурах переохлаждения —5, —10, —15 и —20° С равна: 0; 0,02; 0,07 и 0,18 соответственно. Если же капли подвергались разрушению электрическим полем или их поверхность разрушалась с помощью изолированной нити или проводящей проволочки, то для указанных значений температуры была получена вероятность замерзания 0,44; 0,62; 0,75; 0,88 и 0,25; 0,44; 0,50, 0,58 соответственно. Следовательно, для одной и той же температуры переохлаждения вероятность замерзания капель данных размеров наибольшая при разрушении силами электрического поля, несколько меньше при разрушении механическими силами и сравнительно мала при отсутствии разрушения поверхности капель или образования водяных нитей.[ ...]
В дополнение к описанным опытам следует упомянуть об экспериментах Кенига [367]. Он разрушал переохлажденные капли диаметром около 3 мм, подвешенные на петельке, струйкой воздуха таким образом, чтобы имитировать грибообразное разрушение. В результате при температурах переохлаждения от —6 до —15° С в камере наблюдалось появление ледяных кристаллов. В этом случае в верхней части «гриба» образуется тончайшая водяная пленка, в несколько десятков молекулярных слоев, при разрушении которой образуются водяные нити.[ ...]
Аббас и Лезем [209] выполнили опыты по замерзанию капель с различным содержанием растворимых газов. Они установили, что вероятность замерзания капель, разрушаемых электрическим полем и насыщенных хорошо растворимыми газами (С02 и БОг), выше, чем капель, находящихся в равновесии с воздухом, и значительно выше, чем капель, не находящихся под воздействием поля.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Гантелеобразные замерзшие капельки. По Лезему [377]. |
![Гантелеобразные замерзшие капельки. По Лезему [377].](/static/pngsmall/358205030.png) |