Составители:
Рубрика:
(3.36)
где N
A
— число Авогадро; p
w
— упругость пара в газообразной фазе, в которой рассматривается
возможность образования капли. Отсюда видно, что w растет с увеличением отношения p
w
/E
∞
.
Уравнение (3.36) можно нормировать, а потом произвести оценки скорости
зародышеобразования. Под скоростью образования зародыша J понимают число зародышей,
образующихся за секунду в единице объема. Согласно Фольмеру[67]
(3.37)
Скорость образования зародыша заметна при A
e
mb
, равной kT по порядку величины. Полагая
A≅10
25
, М.Фольмер получил следующие оценки скорости зародышеобразования: при p
w
/E
∞
=2 J=10
-69
с
-1
см
-3
, т.е. в 1 см
3
одна капля возникает в среднем за 10
69
с или 10
63
лет, при p
w
/E
∞
=3 среднее время
образования капли равно нескольким тысячам лет, при p
w
/E
∞
, изменяющемся от 4 до 5, число
зародышей, образующихся в секунду, повышается от 1 до 10
10
. Таким образом, для гомогенной
конденсации водяного пара (флуктуационное образование зародыша) необходимы значительные
пересыщения, которые никогда не наблюдаются в атмосфере.
Следует отметить, что формулы (3.36), (3.37) не вполне строги. Действительно,
возникновение новой фазы, описываемое этими формулами, не рассматривается детально, а
переносится с больших капель на мелкие, когда значительно возрастает роль поверхностной энергии
и поверхностного натяжения. Очевидно, что применение такого макроскопического подхода к столь
маленьким каплям не является строгим, в частности это относится к поверхностному натяжению,
которое по существу теряет физический смысл при рассмотрении комплексов, состоящих всего из
нескольких молекул. На ранних стадиях образования зародыша присоединение молекул пара к
комплексам определяется межмолекулярными силами взаимодействия молекул, их ориентацией и
т.д., т.е. макроскопические понятия, строго говоря, здесь неприменимы.
Результаты теории флуктуационного образования зародышей новой фазы могут быть
применены также и для описания процессов флуктуационного зарождения твердой фазы внутри
переохлажденной воды при отсутствии инородных частиц. Очевидно, что жидкость не представляет
собой однородную массу. Процессы соударений молекул приводят к образованию их ассоциаций
(комплексов) при любой температуре среды. Эти комплексы нестойки: они могут распадаться под
ударами внешних молекул и вследствие теплового движения. С понижением температуры воды
размер комплексов увеличивается, растет и частота их образования. В результате зародыши могут
достичь критического размера, превзойдя который, они выживают и продолжают расти, образуя ядро
для развития фазы льда.
Согласно теории фазовых превращений вероятность флуктуационного образования
кристаллического зародыша в единице объема переохлажденной жидкости за единицу времени
где u — свободная энергия системы; A
e
mb
— работа образования равновесного зародыша, A
e
mb
=σ
h
ω
r
e
mb
2
/3; σ
h
— удельная поверхностная энергия на границе раздела кристалл — жидкость; ω —
геометрический коэффициент, с учетом которого ω r
e
mb
2
равно общей площади поверхности
критического ядра.
В атмосфере вода находится в мелкодисперсном состоянии. Поэтому процесс зарождения
фазы в атмосфере имеет свои особенности.
Рисунок 3.8
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- …
- следующая ›
- последняя »
