Составители:
Рубрика:
(4.29)
Величина C
q
определяется из электростатических измерений для проводников той же формы и того
же размера, что и кристалл. Так, в первом приближении можно считать, что для сферы C
q
= r, для
плоского диска C
q
= 2r/π, для вытянутого сфероида C
q
= 2al/ln[(1+l)/(1–l)], где l = (1-b
2
/a
2
)
1/2
-
эксцентриситет, a и b - большая и меньшая полуоси. Дополняя уравнение (4.29) уравнением баланса
теплоты
получаем для скорости диффузионного роста кристалла следующее выражение:
(4.30)
где δ - пересыщение; f(T) = RT/(D
v
µ
i
E(T)) + JL
субл
µ
i
/(kRT
2
); µ
i
- молекулярная масса льда; E(T) -
упругость насыщенного пара над плоской поверхностью льда при температуре окружающей среды; J
- механический эквивалент работы. Исследование зависимости функции δ/f(T) от температуры среды
показало, что при p = 1000 мбар и f = 100% она максимальна при t = –12°C и равна 3,5; при t = 0°C
δ/f(T) = 0; при t = 400C δ/f(T) = 1.
На достаточно большом расстоянии от кристалла поверхности равной плотности пара
(эквипотенциальные поверхности) имеют сферическую форму. По мере приближения к кристаллу
эти поверхности будут сгущаться вблизи малых граней и ребер, т.е. в этих местах градиент
плотности пара будет наибольшим. Кроме того, к ребрам и малым граням газ диффундирует из
б\ольшего телесного угла, чем к большим граням. В результате малые грани и ребра будут получать
больше пара, и именно в этом направлении будет происходить преимущественный рост кристаллов,
т.е. призма будет расти в длину, пластинки - в ширину и с углов.
На скорость роста и форму кристалла могут влиять многие факторы (наличие примесей,
влажность в среде, движение самой среды и т.д.). Однако их сравнительная значимость не
установлена. Полагают, что рост кристалла в большей мере обусловлен взаимодействием
поверхностного силового поля кристалла с полем диффузии, которое для разветвленных форм
кристалла очень сложное. Поэтому пока теоретические исследования закономерностей
сублимационного роста кристаллов выполнены (и выполняются) лишь для частиц простых форм.
В естественных условиях ледяные кристаллы в облаках сначала растут в окружении
переохлажденных капель. В этих условиях скорость диффузионного роста массы кристалла сильно
зависит от температуры и давления воздуха. Так, Х.Байерс показал (1965 г.), что скорость роста
массы кристалла изменяется обратно пропорционально давлению, а зависимость от температуры
имеет максимум при температуре около -150C. По мере падения в облаке растущий кристалл может
изменять свою форму с изменением внешних условий. (Примеры кристаллов разных форм и их
зависимость от температуры и давления даны в Приложении)
При падении в облаке ледяной кристалл может расти также за счет намерзания мелких
капелек воды. Этот процесс стали называть обзернением кристалла. (Считают, что рост крупы
происходит таким же путем). Для оценки скорости роста массы кристалла при обзернении
необходимо знать скорость его падения (v
cr
) и коэффициент захвата. Сложность форм кристаллов не
позволяет решать задачу роста v
cr
теоретически, поэтому обычно используют формулы, полученные
эмпирическим путем. Наиболее широко применяется формула, предложенная М.Ланглебеном
(1954г.)[72]:
где D - диаметр капли (в сантиметрах), которая образовалась бы из растаявшего кристалла; для
дендритов K = 160 и K = 0,3, для столбиков и пластинок K = 234 и K = 0,3 соответственно. Связь
между диаметром капли и массой кристалла была получена эмпирически Б.Дж.Мейсоном (1971 г.) и
имеет вид m = aD
b
, где a и b зависят от формы кристалла: для крупы a = 0,065, b = 3, для обзерненной
пластинки и звездного дендрита a = 0,027, b = 2, для плоских дендритов a = 0,0038, b = 2; m
измеряется в граммах. Определение коэффициента захвата при обзернении очень сложно даже для
кристаллов простых форм, а при их сцеплении не изучена. Известно только, что при
соприкосновении переохлажденных капель они замерзают, т.е. коэффициент слияния равен единице
и, следовательно, коэффициент захвата равен коэффициенту столкновения.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- …
- следующая ›
- последняя »
