Экология СПРАВОЧНИК

Согласно Гельмгольцу, при контакте двух тел разной химической природы на поверхностях соприкосновения образуются заряды в виде двойного электрического слоя, которые при разделении тел могут остаться на них уже как свободные. В этом случае разность потенциалов двойного электрического слоя пропорциональна контактной разности потенциалов тел. Эти верные в основе своей представления все же совершенно недостаточны для описания механизма образования зарядов при контакте, так как их величина зависит от многих факторов: кроме химического состава тел, от их кристаллической структуры, геометрии, упругости, теплового состояния, молекулярных сил сцепления, относительной скорости и условий соударения, электропроводности и диэлектрической проницаемости, плотности окружающей среды и пр. Именно поэтому происходит электризация также при контакте тел одинаковой химической природы.[ ...]

Если считать, что расстояние, на котором прекращается обмен зарядами между плохо проводящими телами, при разрыве контакта имеет порядок 10 8—10 9 м (И. М. Имянитов [59]) и что относительная скорость их движения после контакта лежит в пределах 10 —10 м/с, то время, необходимое для разлета их на такое расстояние, оказывается равным 10-7—10-10 с. Для льда на основании (51) было получено время, необходимое для растекания заряда в случае постоянного поля, т 10-2 с (см. стр. 168), величина, на много порядков превышающая время разлета тел. Но при разлете происходит быстрое изменение напряженности поля в зазоре между телами, т. е. поле является не постоянным, а переменным. Для высокочастотных электрических полей при 0 =—10° С можно принять для льда е=3 • 10-11 Ф/м и %=2 • 10-5 См/м. Тогда т 10 6 с, т. е. по крайней мере на порядок больше времени разлета тел. На основании этой оценки можно считать, что для случая соударения ледяных частиц требование, чтобы заряды за время разлета тел не успели стечь с места образования, полностью выполняется.[ ...]

После разъединения тел термодинамическое равновесие восстановится по отношению к среде, в которой находятся тела. В конечном счете между поверхностями этих тел установится разность потенциалов, равная разности работ выхода электронов и ионов. При разрыве контакта до расхождения тел на такое расстояние, при котором прекращается перенос зарядов с одного тела на другое, осуществляется перенос электронов в зазоре за счет газового разряда или туннельного эффекта.[ ...]

Существование линейной зависимости между зарядом и контактной разностью потенциалов для контакта металл—металл и металл— полупроводник было установлено в экспериментах Харпера [333], М. М. Бредова и И. 3. Кшемянской [16].[ ...]

К — коэффициент эффективности соударения; п — концентрация частиц; т — конечная скорость падения сферы; X — проводимость воздуха.[ ...]

В Природных условиях при электризации частиц в облаках трудно представить случаи «чистого» контакта ледяных частиц, без трения. Вследствие этого условия электризации должны сильно изменяться, так как при трении возникают многочисленные, быстро протекающие контакты частиц в отдельных соприкасающихся точках и, кроме того, наблюдается разрушение поверхностного слоя в этих точках. Оба эффекта должны приводить к электризации трущихся частиц. Так как эти эффекты очень трудно разделить (во всяком случае, нам неизвестны экспериментальные исследования, в которых делались бы подобные попытки), то сейчас по этому поводу можно высказать только самые общие предположения. Так, рассматриваемые эффекты мо1ут иметь как одинаковое, так и противоположное направление, что, по-видимому, зависит от свойств частиц льда. Если в процессе трения изменятся свойства частиц льда, то можно ожидать изменения как степени, так и знака их электризации.[ ...]

Необходимо отметить, что контакт и трение частиц льда, происходящие при температурах, не очень отличающихся от 0° С, имеют особенности, не свойственные твердым телам другой химической природы. При трении ледяных частиц в месте соприкосновения происходит выделение тепла за счет механической энергии, которое может привести к плавлению тончайших слоев льда с образованием прослойки жидкой воды. Этим пытаются объяснить уменьшение коэффициента трения при скольжении по льду. Из многочисленных опытов было установлено, что при увеличении давления на 1 атм происходит понижение температуры плавления примерно на 0,0075° С. На этом основании можно полагать, что вряд ли давление при трении или контакте ледяных частиц играет существенную роль при низких температурах. При температурах, близких к 0° С, этот эффект, возможно, играет какую-то роль, особенно из-за того, что при трении тел площадь действительного соприкосновения значительно меньше общей площади, охватывающей все точки их соприкосновения, вследствие шероховатости поверхностей. При контакте без трения будет отсутствовать выделение тепла за счет трения одного тела о другое, тогда как давление одного тела на другое сохраняется. Следовательно, отличия могут заключаться в том, что при контакте интенсивность образования слоя меньше, чем при трении.[ ...]

На электризацию ледяных частиц будет также оказывать влияние агдезия, которая в случае образования жидкого слоя должна быть вообще велика, особенно при его замерзании, приводящем к смерзанию частиц. При разрушении смерзшегося ледяного слоя также должна происходить электризация частиц.[ ...]

Как следует из табл. 40, при трении ледяных частиц о поверхность ледяных тел первые, как правило, электризуются отрицательно, а вторые — положительно. Однако этих данных совершенно недостаточно для описания процессов электризации при контакте и трении ледяных частиц. Именно поэтому в течение последних двух десятилетий было выполнено значительное число исследований, в которых обращалось особое внимание на количественные характеристики условий экспериментов по электризации при контакте и трении ледяных частиц. Остановимся сперва на исследованиях электризации при контакте.[ ...]

Рисунки к данной главе:

Зависимость плотности 0 поверхностного заряда от времени ^ контакта между частицами льда. По Лезему и Мейсону [380].

Изменение заряда на более холодном ледяном теле при асимметричном трении в зависимости от времени. Температура —16 °С. По Шио и Магоно [517].

Вернуться к оглавлению