ЕКР - критическая напряженность электрического поля, при которой возникает корона, В/м.[ ...]
Если напряженность электрического поля между электродами превышает критическую величину, которая при давлении 760 мм Н20 и температуре 15°С равна 30 кВ/см, то молекулы воздуха ионизируются и приобретают положительные и отрицательные заряды. При этом отрицательные ионы воздуха, которые образуются у отрицательного коронирующего электрода, движутся к положительному электроду и проходят больший путь, чем положительные ионы, которые формируются в средней части между противоположно заряженными электродами и движутся к отрицательному электроду. Вследствие этого отрицательные ионы при движении встречают гораздо большее количество пылинок, которые передают свой заряд, чем положительные ионы.[ ...]
Оценка критической напряженности горизонтального электрического поля, вызывающего разрушение капель при их свободном падении, была выполнена Ноланом [461]. Он получил для капель радиусом от 1 до 2,1 мм в согласии с теорией, что критическая напряженность определяется из выражения £’КрГ01/2 = 3,8 • 104, где Екр выражено в В/м, или, считая Т = 7,2-Ю 2 Н/м (исследования велись при комнатной температуре), из выражения Екр(г0[Т)112 = = 1,44 • 105, где £кр — безразмерная величина. Значение безразмерного параметра, полученного Ноланом, близко к значению, вычисленному Тейлором [547].[ ...]
| Зависимость критической напряженности £Кр электрического поля коронного разряда с линейных разрядников от их длины I и диаметра. |  |
Если напряженность электрического поля между пластинчатыми электродами превышает критическую, которая при атмосферном давлении и 15°С равно 15 кВ/см, молекулы воздуха, находящегося в аппарате, ионизируются и приобретают положительные и отрицательные заряды. Ионы движутся к противоположно заряженному электроду, встречают при своем движении частицы пыли, передают им свой заряд и те, в свою очередь, направляются к электроду. Достигнув электрода, частицы пыли теряют свой заряд. Осевшие на электроде частицы образуют слой, который удаляют с его поверхности при помощи удара, вибрации, отмывки и т. д. Постоянный (выпрямленный) электрический ток высокого напряжения (50—100 кВ) в электрофильтр подают на так называемый коронный электрод — обычно отрицательный — г; осадительный электрод. Каждому значению напряжения соответствует определенная частота искровых разрядов в межэлектрод-ном пространстве электрофильтра. В то же время частота разрядов определяет степень очистки газа (рис. 1-13).[ ...]
Для получения значений критической напряженности поля было выполнено экспериментальное исследование на моделях. Струя воздуха, создаваемая вентилятором, поднимала вверх сделанную из алюминиевой фольги частицу толщиной 0,03 мм, шириной 1 мм и длиной от 5 до 25 мм. Следовательно, среднее значение находилось в пределах 50—250. При отсутствии электрического поля частицы сохраняли горизонтальное положение, совершая колебательное движение относительно него. При включении вертикального поля всегда можно было найти такое значение напряженности, при котором происходило изменение положения частицы с горизонтального на вертикальное. Из этих опытов было получено, что для =100 Екр = 7 • 104 В/м. Скорость падения частиц оказалась около 1,5 м/с. Эти данные получены для плотности воздуха у поверхности земли. С уменьшением плотности воздуха значение критической напряженности поля будет уменьшаться. Но вместе с уменьшением плотности воздуха будет увеличиваться конечная скорость падения частиц, что должно привести к некоторому увеличению критической напряженности. В результате будет происходить частичная компенсация этих влияний.[ ...]
Под воздействием внешних электрических и магнитных полей ассо-циаты, несущие заряды одного знака, монотонно (в макроприближении) изменяют свой объем. Последнее можно рассматривать как релаксацию к стационарному состоянию, соответствующему установившимся значениям напряженности внешних полей. В процессе релаксации ассоциаты набухают по времени, осциллируя по своей массе и коллапсируют при критических параметрах роста.[ ...]
На рисунке показана зависимость критической напряженности электрического поля от размера капель. В области, находящейся ниже этой кривой, преобладает коалесценция капель воды. Область, лежащая выше кривой, соответствует разрыву капель воды под действием сил поляризации.[ ...]
Как было показано ранее, чем выше напряженность электрического поля, тем эффективнее процесс коалесценции. Однако для очень крупных капель в сильных полях появляется обратный эффект, при котором капля поляризуется, растягивается вдоль линий поля и разрывается. Зависимость критической напряженности поля, при которой возможен процесс ее разрыва, от размера капли была представлена выше. Для укрупнения капель выше критического размера при рабочей напряженности поля применяется специальное ступенчатое питание установки (рис. 1.5).[ ...]
В разделе 1.5 приведены сведения о влиянии сильных электрических полей на возникновение неустойчивости капли, в результате которой происходит выбрызгивание струек. Здесь будет рассмотрена потеря массы каплями как следствие выбрызгивания в зависимости от напряженности поля выше критической.[ ...]
Коронный разряд возникает при достижении определенной напряженности электрического поля, называемой критической или начальной, которая, например, для воздуха при атмосферном давлении и температуре 20° С составляет около 15 кВ/см. При дальнейшем повышении напряженности нарушается электрическая прочность газового промежутка между электродами, наступает искровой или дуговой электрический разряд.[ ...]
Мекки предпринял попытку определить ток коронирования в зависимости от напряженности электрического поля. Он получил, что ток разряда зависит от превышения напряженности поля над критической. В частности, для капли радиусом 1,56 мм при напряженности поля 10® В/м, превышающей критическую на 2 • 104 В/м, ток коронирования оказался приближенно равным 2 • 10-5 А. Но Мекки не исследовал, какие заряды переносятся капельками при разрушении водяной нити, а какие — токами разряда.[ ...]
Механизм поочередного разрушения полюсов капли заключается в следующем. В сильном электрическом поле, когда деформация капли достигает критического состояния, сперва вырывается струйка воды из положительного полюса, которая уносит с собой некоторый положительный заряд. На капле остается компенсирующий свободный отрицательный заряд, который несколько-уменьшает напряженность индуцированного поля на положительном полюсе и в такой же степени увеличивает напряженность поля на отрицательном конце. Тем самым создаются условия для выбрасывания струйки воды из отрицательного полюса капли, которое сопровождается потерей отрицательного заряда. В. А. Дячук [43, 44] получил подтверждение предполагаемого механизма поочередного разрушения капель при исследовании их слияния. В горизонтальном поле напряженностью £0=8-105 В/м интервал времени между разрушением на одном полюсе и разрушением на другом двух сливающихся капель радиусом 1,25 мм составлял примерно 0,5 мс.[ ...]
Уже Нолан [461] отмечал, что при разрушении свободно падающих капель в горизонтальном электрическом поле наблюдается свечение коронного разряда. Такой же эффект был обнаружен Вильсоном, как сообщает Мекки [411]. Значительно больше подробностей было получено Мекки [411], который исследовал тихий разряд при разрушении капель в электрическом поле, в частности, в связи с возможным влиянием разряда на образование ионов в грозовых облаках. Он обнаружил, что при нормальном атмосферном давлении при достижении критической напряженности поля на обоих концах капли образуются нити и возникает коронный или искровой разряд. Мекки отмечает, что в положительном вертикальном поле для капель, радиус которых больше 1,1 мм, существует различие между критическими напряженностями образования коронного и искрового разрядов. Для капель радиусом меньше 1,1 мм это различие не обнаружилось, так как во всех случаях разрушение капель сопровождалось искровым разрядом. Необходимо, однако, учитывать, что возникновение того или иного типа разряда зависит от расстояния между электродами конденсатора, создающего поле; в опытах Мекки это расстояние составляло около 8 см. При больших расстояниях между электродами искровой разряд может и не возникнуть, и тогда обнаружится только коронный разряд. С повышением напряженности поля свечение усиливается, что указывает на усиление тока коронного разряда. Наиболее интенсивное развитие корона получает на положительном полюсе капли. В горизонтальном электрическом поле также наблюдается образование коронного разряда с более интенсивным свечением на положительном полюсе капли. Мекки не обнаружил какой-либо зависимости критической напряженности зажигания коронного разряда от давления воздуха, по крайней мере до 350 мб. С понижением давления воздуха обнаруживается только увеличение интенсивности свечения разряда. Таким образом, между результатами экспериментов Мекки [411] и Инглиша [292] существует заметное различие, которое, по-видимому, определяется различиями в условиях экспериментов.[ ...]
Электроконтактная коагуляция, протекающая в толще фильтрующей загрузки при наложении электрического поля, основана на концепции частичной поляризации гранул загрузки под действием поля напряженностью Еэ и частиц примесей, что в конечном итоге приводит к диполь-дипольному взаимодействию в соответствии с ранее приведенным механизмом. Предполагается, что под действием поля с критической напряженностью Екр наблюдается разрыв сплошности ДЭС с образованием «активных» участков [30], за счет которых происходит слипание частиц примесей и фильтрующей загрузки.[ ...]
В табл. 50 ориентация моделей кристаллов соответствует рис. 63. Когда два пластинчатых кристалла перпендикулярны направлению электрического поля, их сближение должно быть весьма тесным, чтобы произошел обмен зарядами. Но если плоскости кристаллов параллельны направлению электрического поля, то перенос зарядов при напряженности 2 • 105 В/м происходит на расстояниях, сопоставимых с их размерами (конфигурации ВВ и СС). То же самое справедливо и для моделей типа Ь. Вообще, чем больше кривизна частиц, тем больше критическое расстояние, на котором происходит перенос зарядов: случаи, в которых участвуют конфигурации С и И, характеризуются большими значениями лгкр, чем любые другие конфигурации, кроме ВВ.[ ...]
Рассмотрение представлений Вейкмана и Фиквея показывает, что они базируются на одних и тех же закономерностях. Так как коронный разряд в облаке является началом грозовых разрядов, а при перезасеве ледяными кристаллами коронный разряд должен происходить при меньших критических напряженностях поля, то засев должен привести, с одной стороны, к уменьшению токов молнии, а с другой —к уменьшению числа разрядов на землю.[ ...]
Для возникновения неустойчивостей при стабильных термодинамических условиях в аэрозольной частице должны развиться механические напряжения или измениться фазовая прочность кристаллов, которые могут быть индуцированы электрическими, магнитными и акустическими полями, а также механическими воздействиями. Величины подобных напряжений при воздействии на частицу электрического поля связаны известной зависимостью, характеризующей критический заряд капли Я>Якр =( 1б7ГО113)1/2 (где К - радиус капли, о - коэффициент поверхностного натяжения) и воздействие электрического поля Е > Екр = (1671011) /2. При потере устойчивости частица распадается.[ ...]
Лезем и Роксбург [385] теоретически рассмотрели более простую задачу о взаимодействии двух закрепленных капель, находящихся в вертикальном электрическом поле. Для определения критической напряженности поля, приводящей к разрушению поверхности капель в зазоре между ними, они использовали приближение Тейлора [547] и теорию Девиса [274] об усилении поля между твердыми проводящими сферами. Для проверки полученных теоретических представлений были выполнены эксперименты, в которых капли радиусом г0, прикрепленные к твердым стерженькам из изолятора, помещались в положительное вертикальное поле. В результате было получено вполне удовлетворительное согласие между экспериментальными и теоретическими кривыми зависимости безразмерного параметра Екр(г01Т)112 от отношения 50/г0 («о — начальное расстояние между вершинами капель в зазоре между ними до включения поля). Из этих данных следует, что с уменьшением «о происходит быстрое уменьшение значения безразмерного параметра, соответствующего нарушению равновесия между ними (табл. 10).[ ...]
При рассмотрении вопроса о природе повышенной проводимости в грозовых облаках высказывались предположения о зависимости проводимости от напряженности электрического поля. Так, при критическом значении напряженности поля начинается коронный разряд с частиц, ток с которых является функцией напряженности поля выше критической (см., например, [138, 203, 303]).[ ...]
Бандел исследовал коронный разряд с ледяного острия на металлическую пластину, подобно тому как Инглиш [292] экспериментировал с «жидкими» остриями. Ледяное острие имело длину 30 мм и наименьший диаметр 1 мм. При этом принимались меры для того, •чтобы поверхность льда была гладкой. Расстояние от конца острия до пластины, создающей поле, было постоянным — 80 мм. Измерения критической напряженности зажигания и тока коронного разряда производились с остриями, изготовленными из дистиллированной и питьевой воды и платины, при температуре —78° С. Бандел обнаружил, что разряд возникает как при положительном, так и при отрицательном потенциале. Поскольку на концах острий, несмотря на принимавшиеся меры, вырастали маленькие кристаллики (возможно, образовывался иней в электрическом поле), нельзя было зафиксировать точное значение критической напряженности, при которой начинался разряд. Бандел пришел к выводу, что в пределах точности измерений критический потенциал зажигания коронного разряда с ледяного острия примерно такой же, как и с металлического. Бандел обнаружил зависимость тока короны от электропроводности льда. Ток с ледяного острия из дистиллированной воды при потенциале 1,5 • 106 В достигал 5 10 12 А, ток с острия из питьевой воды составлял уже 10 9 А, а с платинового острия —10 6 А. При этом сопротивление ледяного острия из дистиллированной воды было порядка 1014 Ом, а сопротивление острия из питьевой воды колебалось от 10й до 1013 Ом.[ ...]
Для того чтобы определить значение С, при котором возникает неустойчивость капли, Тейлор вычислил изменение С в зависимости от отношения с/а. Он обнаружил, что с увеличением отношения с/а до 1,9 происходит рост значения С до 1,54- Ю5. Для более высоких значений отношения с/а величины С начинают уменьшаться. Это означает, что при С = 1,54 - 105 наступает неустойчивое состояние капли в однородном электрическом поле, критическая напряженность которого определяется из (25).[ ...]
В опытах Джаяратне и Мейсона [350] капельки падали на плоскую поверхность дистиллированной воды. При почти вертикальном надении капельки поглощались за 1 мс и теряли примерно 95% своей кинетической энергии, которая расходовалась на образование кратера и капиллярных волн на поверхности воды. Капельки радиусом 150 мкм, имеющие нормальную скорость соударения 1 м/с, сливались с поверхностью, если их заряд превышал Ю-14 Кл или напряженность поля превышала 1 В/м. При слиянии капельки, обладающей критическим зарядом, с поверхностью из последней вырывалась струя значительно более мелких капелек, а при больших зарядах происходило только слияние, без вырывания капелек. Авторы считают, что действие электрических сил сказывается в локальном вытягивании капли в зазоре, прорыве воздушной прослойки и микроразряде. Опыты проводились в условиях, близких к нормальным.[ ...]
Все описанные выше эксперименты выполнялись при комнатной температуре. Представляло интерес получить данные для тех значений температуры, при которых в грозовых облаках еще наблюдаются крупные капли, т. е. примерно до —10° С. Такое исследование при температурах от 46 до —9°С для капель радиусом 1,2; 1,5 и 2,7 мм было выполнено Аусманом и Бруком [217]. Они получили качественное подтверждение требования, согласно которому с понижением температуры должен происходить рост критической напряженности поля неустойчивости капли, так как понижение температуры сопровождается увеличением поверхностного натяжения. Однако количественное согласие отсутствовало. Скорость изменения критической напряженности поля для капель радиусом 1,2 мм была примерно в 2 раза больше вычисленной, а для капель радиусом 2,7 мм — в 10 раз. Такие большие различия между экспериментальными и теоретическими данными они пытались качественно объяснить осцилляцией капель при падении в электрическом поле. Так, амплитуда осцилляции капли зависит от вязкости воды, которая в пределах температуры от 40 до —9° С изменяется в 4 раза. Кроме того, амплитуда сильно зависит от размеров капель.[ ...]
Образованию заряженных областей в грозовых облаках предшествуют процессы, приводящие к электризации облачных частиц и гидрометеоров. Только в тех случаях, когда электризация частиц протекает таким образом, что на частицах, перемещающихся под действием гравитационных сил с разной скоростью, оказываются заряды разных знаков, или заряды на частицах и в воздухе имеют разные знаки, может происходить их разделение. Если процессы электризации будут протекать достаточно интенсивно и длительно, а процессы рекомбинации зарядов и их диссипации — сравнительно медленно, возможно накопление зарядов в определенных областях грозового облака, между которыми возникнут сильные электрические поля с напряженностью, достигающей критических, т. е. достаточных для возникновения молнии, значений. Следовательно, образование заряженных областей в грозовых облаках, как, впрочем, и в любых других, начинается с электризации облачных частиц и гидрометеоров в них. Поэтому для выяснения механизма возникновения грозового электричества необходимо в первую очередь рассмотреть, какие процессы электризации могут иметь место в ку-чево-дождевых облаках. Затем необходимо выяснить, какие из этих процессов являются доминирующими.[ ...]
Разделение зарядов и формирование заряженных областей в грозовых облаках обусловлены действием гравитационных сил и восходящих токов. Когда капли настолько укрупняются, что •скорость их падения превышает скорость восходящих токов, они перемещаются вниз, перенося с собой положительные заряды. Остающийся объемный заряд переносится восходящими токами вверх. В дальнейшем центр нижнего положительного заряда продолжает с осадками опускаться вниз, а вслед за ним опускается вниз и центр отрицательного заряда. В то же время благодаря токам проводимости формируется положительный заряд в верхней кристаллической части облака. Генерация зарядов сопровождается их диссипацией за счет проводимости, под которой подразумевается сумма электрической проводимости и «турбулентной», т. е. вызванной нейтрализацией объемных зарядов при перемешивании струями объемов с противоположно заряженными частицами. Потери вследствие турбулентной проводимости возрастают в областях образования зарядов, где концентрация частиц и турбулентность наибольшие. Вместе с тем турбулентность приводит к появлению значительных неоднородностей объемных зарядов. В таких неоднородностях напряженность электрических полей легче может достигать критических значений, необходимых для инициирования грозовых разрядов.[ ...]