Составители:
Рубрика:
Спонтанная кристаллизация переохлажденной капельки также представляет собой
статистическое явление. Вероятность льдообразования при заданной температуре пропорциональна
объему капельки и времени ее пребывания при этой температуре. Чем больше объем капельки, тем
больше и вероятность образования в ней зародыша, поэтому крупные капли замерзают при менее
низких температурах, чем мелкие. Теоретическая оценка времени полной кристаллизации
монодисперсного тумана, проведенная Л.Г.Качуриным[63], показала, что при t=-10÷-15
0
C
оледенение крупнокапельного облака (r=500÷5 мкм) происходит весьма быстро — почти за
несколько секунд, в то же время субмикроскопические капельки радиусом 5
⋅
10
-6
мкм могут
существовать даже при очень низкой температуре: порядка -50
0
C (почти не замерзая) в течение
нескольких часов, а капельки радиусом 10
-7
мкм практически не замерзают вообще. По данным
лабораторных экспериментов переохлажденные капельки могут существовать примерно до
температуры -40
0
C.
В воздухе, свободном от аэрозолей и ионов, появление жидкой (твердой) фазы возможно
лишь при при наличии больших пересыщений. В атмосфере практически всегда присутствуют
аэрозольные частицы, которые могут оказаться готовыми ядрами конденсации. Процесс образования
на них зародышевых капель называется гетерогенной конденсацией.
Если рассматривать ядра конденсации как равные по величине готовые капельки воды
радиусом r
0
(подзародышевая капля), то порог энергии, необходимый для образования капель воды,
снижается, но остается порог энергии, обусловленный ростом этих капель от подзародышевых (r
0
) до
равновесного размера (r
e
mb
), соответствующего фактическому пересыщению. Таким образом, работа
образования такого зародыша оказывается равной
(3.38)
Отсюда видно, что роль посторонних ядер конденсации состоит в уменьшении работы, необходимой
для образования зародыша. Из (3.38) следует, что для ядер конденсации с r
0
работа образования
зародыша равна нулю при пересыщении, соответствующем равновесной капельке с r
e
mb
-r
0
. Очевидно
также, что каждому ядру с данным r
0
соответствует свое пересыщение, определяемое формулой
Томсона.
Формула (3.38) выведена в предположении, что роль ядра конденсации играет готовая
капелька воды радиусом r
0
. В естественных условиях роль таких ядер могут играть аэрозольные
частицы различной природы. Действительно, в атмосфере содержатся газообразные примеси, жидкие
и твердые частицы органического и неорганического происхождения; газы могут быть
ионизированными или нейтральными; жидкие и твердые частицы могут быть не растворимыми и
хорошо растворимыми в воде. Весьма важны для процесса конденсации поверхностные свойства
твердых частиц: смачиваемость, электрическая структура и т.д. Очевидно, что учет этих свойств
приводит к изменению величины работы образования подзародышевой капельки A
0
, т.е. к изменению
величины работы образования равновесного зародыша.
Рассмотрим, следуя работам школы болгарских ученых, которой руководил Л.К.Кристанов
(1968г.), случай не вполне смачиваемых ядер конденсации[64]. Используем в качестве меры
смачиваемости угол смачивания (ϕ), заключенный между поверхностью сконденсированной фазы и
подстилающей поверхностью (рис. 3.9, где 1 — газообразная, 2 — жидкая, 3 — твердая фазы, σ —
поверхностное натяжение на границе раздела фаз).
Рисунок 3.9
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- …
- следующая ›
- последняя »
