При повторении таких опытов (Хатчинсон [341]) были получены диаметрально противоположные результаты. Так, когда при температуре в камере —18° С и скорости соударения около 10 м/с концентрация капелек превышала концентрацию кристаллов, пробное тело заряжалось положительно, а при малой концентрации капелек — отрицательно. Средняя величина зарядов оказалась равной 3-10-16 Кл на одно соударение. В этих опытах не было исключено влияние углекислоты, которая могла поглощаться капельками и льдом. Кроме того, не была известна температура поверхности льда пробного тела. Так что условия в описанных опытах могли несколько отличаться друг от друга, и это является еще одним указанием на большое влляние свойств поверхности на процессы электризации при контакте ледяных частиц.[ ...]
Рейнольдс и др. [486] для объяснения результатов своих опытов привлекли представление о нагревании ледяных частиц вследствие асимметричного трения и за счет тепла кристаллизации переохлажденных капелек. Они считают, что знак и величина разделяющихся зарядов зависят от разности температур ледяных частиц.[ ...]
Существование различия электризации при соударении ледяных кристаллов в смеси с переохлажденными капельками и без них с ледяной поверхностью подтверждается и другими экспериментальными данными, например данными Кюттнера и Лавои [371]. Когда на пробник из льда попадали только снежинки, то наблюдалось слабое положительное заряжение. Если же на пробник попадали переохлажденные капельки и снежные кристаллы, то заряжение пробника было интенсивным и в 100% случаев отрицательным. Это согласуется с опытами Рейнольдса, так как число ледяных кристаллов, поднятых с поверхности снежного покрова, вряд ли превышало 107 м-3.[ ...]
Следует заметить, что Мейсон [116] ставит под сомнение результаты, полученные Рейнольдсом. Он указывает на то, что напряженность поля на поверхности ледяного кристалла при заряде 2- lo-13 Кл должна превышать 106 В/м и разряд между поверхностями градины и кристалла должен начаться раньше, чем напряженность поля сможет достигнуть такой величины. Кроме того, Мейсон указал, что этот заряд почти на три порядка больше общего заряда всех носителей, которые могут присутствовать в кристалле из чистого льда. Если даже учесть возможность появления дополнительных носителей в результате асимметричного нагрева кристалла при трении и если даже он нагреется до 0°С, то и тогда общий заряд носителей окажется на порядок меньше, чем заряд, полученный Рейнольдсом.[ ...]
Критика Мейсона кажется недостаточно обоснованной. Для образования пробоя между телами, находящимися на расстояниях, меньших радиуса наименьшей частицы, требуется напряженность поля, значительно превышающая 106 В/м (Лезем и др. [379]). Поэтому разряд между градиной и ледяным кристаллом возможен только тогда, когда расстояние между ними очень мало, но не меньше длины свободного пробега молекул газа. Что касается второго замечания, то Мейсон исходит исключительно из теории электризации льда под действием температурного градиента, тогда как это не единственная и, по-видимому, не основная причина разделения зарядов в опытах Рейнольдса. В экспериментах Лезема и Мейсона [381], Рейнольдса и др. [486] имеют место совершенно разные механизмы электризации, и результаты этих опытов не следует сопоставлять без соответствующих оговорок, как это делают Мейсон [116] и Брук [17]. Действительно, в опытах Лезема и Мейсона ледяные кристаллы соударяются с ледяной поверхностью, тогда как в опытах Рейнольдса и др. происходит соударение смеси переохлажденных капелек и ледяных кристаллов с ледяной поверхностью. Именно в этом состоит основное различие между опытами. Для случая соударения только ледяных кристаллов с ледяной поверхностью Рейнольдс, с одной стороны, Лезем и Мейсон — с другой, получают сходные результаты.[ ...]
Можно предложить объяснение, базирующееся на особенности, которая является характерной для электризации при одновременном соударении переохлажденных капелек и ледяных кристаллов с ледяной поверхностью. При обильном поступлении первых и вторых возможен следующий процесс. Когда на ледяную поверхность попадает переохлажденная капелька, происходит ее быстрая кристаллизация с выделением тепла, которое нагревает ее до 0иС. Если в этот момент на поверхность замерзающей капельки попадет ледяная частица, то между ними возникнет весьма тесный контакт.[ ...]
Из экспериментов Чарча (см. в [294]) следует, что описанный выше механизм может иметь место при соударении и временном контакте замерзающих капелек с холодной ледяной поверхностью. При падении капелек радиусом 150 мкм через столб воздуха с мельчайшими кристалликами при температуре —23° С и при соударении с ледяной поверхностью последняя получала средний заряд (2,8±0,9) • 10-14 Кл; капелькам радиусом 90 мкм соответствовал заряд (2,5±0,3) • 10 15 Кл, 55 мкм (7,6±0,7) • 10 16 Кл. Капельки не обнаруживали следов разрушения. Если же капельки не замерзали, то они расплывались по поверхности. Обнаруживались отдельные капельки радиусом до 10 мкм, но ледяные кристаллы отсутствовали. При температуре пробного тела около —13°С и температуре капелек около —3° С тело получало отрицательный заряд порядка 10-15 Кл. Если температура капелек была выше 2° С, то заряд был положительным и в среднем составлял 5-10-16 Кл.[ ...]
Из проведенного выше анализа механизмов электризации при соударении ледяных частиц и переохлажденных капелек с поверхностью льда вытекает, что наиболее интенсивным из них является механизм электризации при одновременном соударении ледяных частиц и переохлажденных капелек с поверхностью льда. Этот механизм является комплексным. Можно полагать, что основную роль здесь играет активация протонов под влиянием градиента температуры, механической энергии и процессов, протекающих на границе вода—лед при кристаллизации. Необходимо отметить, что, согласно современным воззрениям, присутствие в воде примесных ионов также сказывается на активации протонов и тем самым на электризации. Знак и интенсивность электризации зависят от соотношения между собой указанных процессов, действующих в том или ином направлении на активацию протонов.[ ...]
Вернуться к оглавлению