3.1.8. Электризация при спонтанном разрушении капель при падении

В связи с существованием разных типов спонтанного разрушения 1 капель — гантеле- и грибообразного — необходимо определить электризацию капель разных размеров, при разной степени их разрушения. К сожалению, несмотря на сравнительно большое число опытов по электризации при разрушении капель воды, имеется очень мало сведений о зависимости электризации от размеров капель и интенсивности их разрушения.

Первые исследования электризации при разрушении капель воды в вертикальной воздушной струе были выполнены Симпсоном [518]. При разрушении нескольких тысяч капель дистиллированной воды диаметром в вертикальной струе в среднем был получен заряд на каплю. Гохшвендер (см. в [394]), повторяя опыты Симпсона с каплями диаметром получил средний заряд, равный Но эти значения среднего заряда зависят от соотношения числа случаев гантеле- и грибообразного разрушения капель, так как уже Ленард [394] указал, что при интенсивном грибообразном разрушении капель образуются большие заряды, а при спокойном разрушении на несколько крупных частей заряды получаются небольшими. Это было подтверждено в опытах В. М. Мучника [124], Ирибарне и Клеменса [345].

Пропуская воздушную струю, в которой происходило разрушение капель, через счетчик легких ионов, Симпсон [518] получил, что, кроме крупных фрагментов, при разрушении капель образуются также легкие ионы. В среднем при разрушении одной капли заряд отрицательных легких ионов равен а положительных Суммарный заряд легких ионов оказался отрицательным и равным на разрушенную каплю, т. е. он более чем в 2 раза меньше, чем заряд крупных фрагментов капли. Это

несоответствие объясняется, по-видимому, тем, что счетчик не улавливал тяжелые ионы, которые образуются в большом количестве при разрушении капель (см. табл. 43).

Нолан [460] изучал электризацию капель диаметром около 5 мм при их разрушении в горизонтальной струе воздуха. Скорость горизонтальной струи, которая требуется для разрушения капель, больше, чем скорость вертикальной струи. Нолан получил, что средний заряд капель имеет положительный знак и равен Увеличение скорости струи приводило к более интенсивному разрушению капель на мелкие фрагменты и соответственному увеличению степени электризации. При уменьшении размеров фрагментов капель примерно вдвое наблюдалось такое же увеличение заряда. Нолан также обнаружил наличие в воздухе отрицательных ионов. Данные Нолана были подтверждены Зелени [592], который исследовал электризацию при разрушении капель в горизонтальной струе со скоростью около 20 м/с. Средний заряд на одну каплю оказался равным

Согласно Чепмену (см. [428]), при разрушении капель диаметром 4 мм в вертикальной струе воздуха со скоростью 17,3 м/с получались весьма большие заряды: Но при уменьшении скорости струи до 8 м/с пришлось размеры капель увеличить до таких значений, какие были использованы Симпсоном [518], а заряды оказались того же порядка, что и у Симпсона.

В. М. Мучник [124] наблюдал при разрушении капель в вертикальной струе как легкие, так и тяжелые ионы (см. табл. 43). На основании этих данных можно считать, что число случаев интенсивного разрушения капель было примерно того же порядка, что и число случаев со слабым разрушением. Возможно, что именно этим обусловливаются большие суммарные заряды тяжелых ионов, получающиеся при разрушении одной капли: т. е. они на порядок больше, чем у Симпсона [518].

Ирибарне и Клеменс [345] провели опыты с весьма чистой водой с электропроводностью Они пришли к выводу, что примерно в 40% случаев наблюдалось слабое разрушение. Крупные фрагменты всегда заряжались положительно. Средний заряд при интенсивном грибообразном разрушении одной капли оказался равным т. е. он имел тот же порядок величины, что и в опытах Мучника. Электризация растворов примерно одинаково зависела от концентрации. Для очень слабых концентраций средний заряд был близким к его значению для чистой воды. С увеличением концентрации заряд уменьшался, и для наблюдалось изменение знака электризации, затем происходило увеличение отрицательного заряда примерно до на каплю. Как видно из рис. 57, сходство зависимости электризации от концентрации для разных электролитов обусловливается в основном зависимостью электризации от электропроводности растворов. Авторы получили, что поверхностно-активные вещества весьма сильно влияют на электризацию при разрушении капель, в частности, меняют ее знак на обратный.

Ирибарне и Клеменс пытаются объяснить электризацию при грибообразном разрушении капель существованием двух конкурирующих процессов заряжения. Первый из них определяется сдвигом двойного электрического слоя при образовании тонкой пленки и зависит от ее толщины А, а именно: . В чистой воде знак заряда крупных фрагментов должен быть положительным. Если принять, что и Ирибарне [515]), то

Рис. 57. Зависимость образования зарядов при интенсивном разрушении капель водных растворов от их электропроводности По Ирибарне и Клеменсу — чистая вода. Сплошная линия — теоретическая кривая.

При больших концентрациях электролитов этот заряд не образуется из-за токов утечки. Тогда работает в основном второй механизм заряжения при отрывании капелек от нитей (346, 351]. Если при разрушении пленки образуется 103 капелек и заряд каждой составляет примерно то результирующий заряд будет равен

Если при слиянии образуется капля радиусом, превышающим критический, то вслед за слиянием наступает разрушение вновь образовавшейся капли. При временном контакте капель происходит разрыв перемычки между ними. Эти процессы сопровождаются электризацией. Отметим, что в схеме [345] не учитывается возможное влияние на электризацию капель контактной разности потенциалов между ними, которая может возникнуть между каплями вследствие различий в концентрациях примесей в них.

Из-за отсутствия непосредственных исследований электризации при разрушении крупных капель после их слияния для оценки возникающих зарядов можно воспользоваться ранее рассмотренными исследованиями баллоэлектрического эффекта при спонтанном разрушении капель. Электризация при временном контакте капель, если у них концентрация примесей одинаковая, должна быть небольшой.