1.4 Заряд частиц
Для капель, имеющих заряды, равновесное давление пара уменьшается, так как в этом случае сказывается действие электрических сил.
Если заряд капель равен n элементарных зарядов е, то величина давления насыщенного пара Е над такой каплей, по Дж. Томсону, связана с Е∞ соотношением
ln
.
Отсюда следует, что
dEr,q=
Е∞
- Е∞
и
dEq=
Е∞
(4)
где
сq=
,
что численно при n=1
дает 7,5·1030см4.
Учет
поправки на влияние заряда имеет значение
только для капель с r
10-7см.
Пользуясь вычисленными значениями сr и сq, можно вместо (4) написать
Er,q=
Е∞
.
Поправки на кривизну поверхности и влияние электрических зарядов имеют противоположные знаки. Для очень малых значений поправка на влияние электрических зарядов может по величине оказаться больше поправки на кривизну поверхности, и тогда давление насыщенного пара, требуемая для
равновесия над такой каплей, будет меньше Е∞ . Но для более крупных капель (r>10-7см) основное значение имеет всегда первый член, и для равновесия требуется упругость более Е∞.
При наличии заряда необходимо, чтобы пересыщение в воздухе было четырехкратным, т.е. относительная влажность составила 400%, тогда частички окажутся жизнеспособными и смогут расти дальше при меньшем пересыщении. При r>10-7см влияние электрических зарядов практически уже не сказывается.
Глава 2. Анализ условия образования и роста облачной капли.
При небольших пересыщениях, меньше 1%, которые имеют место в атмосфере, спонтанный переход водяного пара в жидкость практически не играет никакой роли; образующиеся мельчайшие зародыши возникают, но и мгновенно разрушаются.
Конденсация водяного пара на легких ионах размером 10-8-10-7см также не имеет места, и только отдельные, самые крупные из них, так называемые ультратяжелые ионы (r>10-6 см) могут дать начало для образования жизнеспособных, растущих зародышевых капель.
Основная роль в образовании зародышевых капель в атмосфере принадлежит конденсации на ядрах.
2.1 Основные формулы расчета
Из формулы Томсона (см. главу 1) вытекает, что при данном пересыщении могут сохраняться и расти капли, начиная с радиуса, который обозначим через r3, причем
.
Если r<r3 то капли, очевидно, будут испаряться.
Стоит отметить, что для конденсации водяного пара в атмосфере необходимо, чтобы давление (концентрация) пара в воздухе была больше, чем над поверхностью образующихся частичек новой фазы, и чтобы в воздухе имелись мельчайшие частички, которые могли бы служить центрами конденсации.
Однако оба эти условия, являясь необходимыми для начала конденсации, оказываются еще недостаточными для образования облачных капель. Дело в том, что в ненасыщенном воздухе на гигроскопических ядрах могут образовываться лишь мельчайшие, зародышевые капли. Их дальнейший рост не происходит, так как с увеличением размера капель очень быстро уменьшается концентрация раствора и давление насыщенного пара над их поверхностью резко возрастает. Поэтому образовавшиеся на ядрах зародышевые капли могут только тогда расти и переходить в облачные капли, когда давление насыщенного пара в воздухе будет больше давления, необходимой для их возникновения. Как правило, это соответствует относительной влажности f=101 – 102%,т.е. пересыщению в 1 – 2%.