Составители:
Рубрика:
вектора напряженности поля второй член в (3.28) также меняет знак. Из (3.28) следует, что при
∆ϕ
0
>0 (переход из пара в жидкость) и q<0 (E>0) σ
-
<σ
0
; при ∆ϕ
0
>0 и q>0 (E<0) σ
-
<σ
+
.
Соответственно значение равновесной упругости насыщенного пара над каплей с q<0 ниже, чем над
каплей с q>0 и q=0, и, следовательно, отрицательно заряженные капли будут расти быстрее за счет
конденсации избыточного водяного пара, чем положительно заряженные или нейтральные. Оценки
показывают, что отклонение значений σ при наличии внешнего поля от его значений в отсутствие
поля мало, однако оно может играть значительную роль в процессах, происходящих на начальной
стадии развития облаков, когда идут процессы зарождения и роста капель во влажной среде.
А.И.Русановым[59] построена общая теория термодинамики искривленных поверхностей во
внешних полях, на основе которой была получена уточненная формула Дж.Томсона (Кельвина) в
виде
(3.29)
и выведена формула для поверхностного натяжения с явным видом коэффициента χ в (3.28).
Приведем ее:
(3.30)
Здесь
ε
α
— диэлектрическая постоянная воды; ε
β
— диэлектрическая постоянная водяного пара; r — радиус
капли. Параметры λ, ξ, η в (3.30) имеют размерность длины и по величине не превосходят толщины
поверхностного слоя. Их точной теоретической оценки нет. Определения, по критическим
пересыщениям, полученным в камере Вильсона показали, что максимальные пересыщения
достигаются при значениях λ, ξ, η порядка 10
-9
см.
3.4. Спонтанное и гетерогенное образование жидких и ледяных
зародышей
Термодинамическая теория фазовых переходов основывается на допущении, что две фазы
могут находиться в устойчивом равновесии независимо от скорости, при которой происходил
переход в это состояние. Рост новой фазы за счет исходной после того, как она возникла и достигла
достаточного развития, возможен лишь при отступлении от условий равновесия, причем это
отступление может быть ничтожно малым. Гораздо более существенны те отступления, которые
обеспечивают возникновение и начальное развитие новой фазы[60,61].
При всех фазовых переходах, происходящих в истинно однородных (лишенных примесей,
загрязнений, физических неоднородностей) системах, имеет место переход через метастабильное
состояние (пар — переохлажденный пар — жидкость, жидкость — перегретая жидкость — пар) — см.
рис. 3.6 (пунктир). Переохлажденный пар (пересыщенный, пересжатый), перегретая жидкость,
переохлажденная жидкость — примеры метастабильных состояний соответственно пара и жидкости.
Метастабильное состояние является термодинамически неравновесным, но может сохраняться в
течение достаточно продолжительного времени.
Переход системы из метастабильного состояния в стабильное идет через промежуточное
состояние — образование зародышей новой фазы: зародышевых водяных капелек. Очевидно, что для
спонтанного образования капельки в некотором объеме перенасыщенного пара должно возникнуть
сгущение молекул, вступающих между собой во взаимодействие и образующих микроскопическую
каплю (комплекс). Такое сгущение при отсутствии инородных частиц может возникнуть в результате
флуктуаций температуры и плотности пара. В свою очередь, флуктуации температуры и плотности
пара вызывают разрушение возникших комплексов, и только тогда, когда зародыши превысят
некоторый критический размер, определяемый пересыщением и температурой, они смогут
устойчиво существовать и продолжать расти.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- …
- следующая ›
- последняя »
