Экология СПРАВОЧНИК

Представляют интерес исследования Качуриным и Бекряевым [81] временного хода образования заряда при взрывании капель. Продолжительность взрыва и процесса образования заряда составляет несколько сотых долей секунды, при этом отделяются частицы, несущие как отрицательные, так и положительные заряды (рис. 54). Положительные заряды образуются за весьма малое время, скачками (пики 2, 3, 4), тогда как отрицательные нарастают сравнительно плавно. По мнению авторов [81], образование положительных зарядов на оставшейся части капли обусловлено тем, что при взрыве отделяется значительная часть льда, которая уносит с собой большой отрицательный заряд. Затем происходит исторжение части воды в виде струйки капелек, несущих положительные заряды. Длительность этого процесса несколько больше продолжительности первого процесса. Непосредственно перед моментом взрыва капли и образования основного заряда почти всегда наблюдается образование небольшого положительного заряда (пик 1). Причиной возникновения этого заряда авторы считают мельчайшие ледяные осколки, которые вырываются из поверхности замерзающей капли до момента взрыва, унося отрицательные заряды.[ ...]

Мейсон и Мейбенк [431] измеряли заряды укрепленных на подвеске взрывающихся капель из бидистиллированной воды с электропроводностью около 6 • 10-5 См/м и из растворов ЫаС1 (табл. 42).[ ...]

В интервале температур примерно от —2 до —6° С Лезем и Мейсон обнаружили очень быстрое увеличение числа осколков и заряда с понижением температуры. По-видимому, при высоких температурах и больших скоростях соударения капельки только частично замерзают, разливаясь по поверхности и смачивая ее в виде тонкой пленки, которая при замерзании не дает ледяных осколков. При температурах ниже —6° С как число осколков, так и величина заряда остаются почти неизменными.[ ...]

Необходимо обратить внимание на существенное различие между взрыванием замерзающей капли с образованием крупных фрагментов и вырыванием осколков из разрушающейся или сильно деформирующейся ледяной поверхности. В первом случае почти всегда происходит одновременное разделение как твердой, так и жидкой фазы воды, тогда как во втором наблюдается разделение только твердой фазы.[ ...]

Существуют три теории, пытающиеся объяснить образование зарядов при разрушении замерзающих капель и вырывании из них ледяных осколков: Качурина и Бекряева, Лезема и Мейсона, Имя-нитова и Мордовиной.[ ...]

Из многочисленных экспериментов по электризации при замерзании слабых растворов (см. раздел 3.1.4) известно, что разность потенциалов остается неизменной, пока не замерзнет вся вода. Поэтому величина заряда, например, жидкой части сферы определяется емкостью, в данном случае радиусом этой части сферы га, и значением максимальной разности потенциалов между льдом и водой Утах, т. е. <7=Ушах а- Так, для капли радиусом 1 мм из раствора №С1 10-4 N с Ущах = 30 В, у которой, допустим, к моменту взрывания га = 0,5 мм, получаем ¿7 = 1,6-10 12 Кл. Если учесть, что в действительности замерзание капли происходит несимметрично и в ней прорастают дендриты, расслаивающие ее жидкую часть на ряд полостей, каждую из которых можно представить в виде плоского конденсатора, то следует полагать, что суммарная емкость таких конденсаторов значительно больше, чем емкость жидкой части, представленной в виде сферы. Если допустить, что в реальных условиях емкость жидкой части может быть на один-два порядка выше, чем ее емкость в виде сферы, то для приведенного примера получаем заряд в пределах 10 п—10 10 Кл, что согласуется с данными опытов.[ ...]

И. М. Имянитов и др. [74] также считают, что заряды, образующиеся при разрушении замерзающих капель, обусловливаются разностью потенциалов на границе жидкой и твердой фаз, которая определяется выражением (72). При разрушении замерзающей капли происходит вырывание частиц льда и разрыв контакта с жидким раствором. Если известны условия разрыва контакта — емкость в момент разрыва и время разрыва, то по формуле (64) можно определить величину разделяющихся зарядов.[ ...]

Для подтверждения теории Лезем и Мейсон измеряли разность потенциалов между основаниями цилиндров из чистого льда, находящимися при разной температуре. В пределах разностей температур от 0 до 7°С получено согласие с уравнением (74), которое нарушалось для большей разности. Лезем и Мейсон считают, что это отклонение обусловлено зависимостью электропроводности льда от температуры. Для растворов было получено такое же выражение, как (74), только коэффициент зависел и от концентрации, и от растворимого вещества.[ ...]

Такахаши [538] нашел, что линейная связь между градиентами температуры и потенциала нарушается при деформации ледяных кристаллов, содержащих примеси. Причиной этого эффекта является образование дефектов структуры при деформации. Так как скорость диффузии положительно заряженных дефектов больше, чем отрицательно заряженных, первые диффундируют внутрь, что приводит к разделению зарядов. В дальнейшем Такахаши [539] на основании опытов по электризации трущихся ледяных поверхностей подтвердил свое представление об образовании дефектов при деформации льда и об их роли в образовании зарядов.[ ...]

Рисунки к данной главе:

Осциллограмма образования зарядов при взрывании замерзающей капли. По Л. Г. Качурину и В. И. Бекряеву [81].

Зависимость образования количества п ледяных осколков (/) и зарядов д (2) от диаметра й замерзающих капель. Температура воздуха —15° С, скорость потока 10 м/с. По Лезему и Мейсону [381].

Вернуться к оглавлению