Дисперсные системы с пузырьками газа и их роль в генерации грозового электричества

• Автор: Кумыков, Тембулат Сарабиевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ГЛАВА I. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ В ДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЕ, ОБРАЗОВАННОЙ ПЛОСКО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СЛОЕМ РАСТВОРА
1.1. Постановка задачи
1.2. Приближенное решение системы уравнений (1.5)
1.3. Решение системы уравнений (1.5) в общем виде
1.4. Электрические колебания в пленке воды, находящейся на
поверхности диэлектрика
1.5. Рэлеевское рассеяние электромагнитных волн двухслойными
сферическими частицами
Выводы к главе
ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ, СОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВЫЕ ПУЗЫРЬКИ
2.1. Диэлектрическая проницаемость жидкости с пузырьками газа';
2.2. Электрические колебания пузырька в жидкости
2.3. Влияние заряда пузырьков на электрические параметры
дисперсной системы
Выводы к главе II
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОЗДУШНЫХ ПУЗЫРЬКОВ НА ИМПЕДАНС ВОДЫ
3.1. Экспериментальная установка и приборы для изучения
кинетики проводимости воды
3.2. Результаты исследования влияния воздушных пузырьков на
импеданс воды
Выводы к главе III
ГЛАВА IV. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ЗАРЯДОВ ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ПУЗЫРЬКОВ ВОЗДУХА В ПРОЦЕССЕ КОАГУЛЯЦИОННОГО РОСТА ГРАДИН В ОБЛАКЕ
4.1. Процессы выделения пузырьков при намерзании переохлажденных облачных капель на поверхности ледяных частиц
4.2. Кинетика роста пузырьков в облачных каплях
4.3. Основные требования, предъявляемые к теории грозового электричества
4.4. Генерирование грозового электричества за счет выделения заряженных пузырьков при намерзании переохлажденных облачных капель на поверхности градин
4.5. Расчет электрических полей, возникающих в грозовых облаках, за счет механизма выделения заряженных пузырьков с
поверхности градин
Выводы к главе IV
Основные результаты и выводы
ЛИТЕРАТУРА
Актуальность темы. Дисперсные системы, содержащие большое количество газовых пузырьков, встречаются часто в природе и технике. По данным разных авторов, в длительно отстоявшейся воде содержатся пузырьки, имеющие радиусы в пределах 10 7 — 10-3 см при их объемной концентрации 106 -107 см'3. Некоторые авторы сообщают о том, что им удалось обнаружить сверхмалые пузырьки радиусом 1.810 7 см с концентрацией 10" см '3. Однако вопрос о стабильном существовании в воде таких пузырьков до настоящего времени остается нерешенным.
Наличие большого количества пузырьков в жидкости оказывает существенное влияние на электрические свойства дисперсных систем, находящихся как в постоянных, так и в высокочастотных электрических полях; они оказывают также влияние на величину напряжения зажигания разряда в воде; реологические и релаксационные свойства газожидкостных систем во многом определяются наличием в них мельчайших газовых пузырьков.
В последние годы обнаружено, что пузырьки газа, присутствующие в водных растворах, играют большую роль в геофизических процессах. Так, например, они являются решающими в возникновении больших разностей потенциалов при кристаллизации воды; заряженные пузырьки, выделяющиеся с поверхности градин и частиц крупы в процессе их коагуляционного роста, служат мощным источником грозового электричества. Заряженные пузырьки, выделяющиеся с поверхности морей и океанов во время штормов, уносят в окружающее воздушное пространство большое количество зарядов, что способствует поддержанию заряда земли.
Вместе с тем электрические свойства дисперсионных систем, содержащих большое количество пузырьков, недостаточно изучены; мало изучены также вопросы, касающиеся геофизических аспектов таких систем.
Поэтому теоретические и экспериментальные исследования физических характеристик дисперсных систем с пузырьками газа при различных внешних

где Ё - напряженность внешнего поля, а его дипольный момент р -определяется формулой:
р = -паъ Р, = аъ , (2.2)
У 3 1 е,+2е2
где а - радиус шара.
Если И и Ё - усредненные индукция и напряженность поля, то по определению
£> = ЁЕ, (2.3)
где £ - диэлектрическая проницаемость смеси.
С другой стороны, связь между б и Ё дается формулой
б = £0Ё + Р + 1Ур, (2.4)
где Р - электрический момент единичного объема жидкости в отсутствии пузырьков, N - концентрация пузырьков в жидкости; величина Ир дает дополнительную поляризацию единичного объема жидкости, обусловленную наличием пузырьков. Подставляя значения б и р из равенства (2.2) и (2.3) и учитывая, что £0Ё + Р = £ХЁ, получаем
£ = £. + 4паъ —1 ~ — N. (2.5)
£,+2£2

Обозначим через с = —тш3Л^ долю объема, занятого пузырьками газа в единичном объеме жидкости. Тогда формулу (1.5) можно записать в виде:
— "3 (^2 )^2 /о
£ = £х-3 С— (2.6)
£"] + 2е2
В формуле (2.6) £, « 81, £2 »1 (для воздуха), так, что £ < £,, т.е. наличие
большого количества мелких пузырьков в жидкость приводит к уменьшению
эффективной диэлектрической проницаемости среды.
Формула (2.6) справедлива так же для частиц крупы содержащихся в конвективных облаках. Как известно, плотность таких частиц колеблется в
интервале 0,3 - 0,6 /^з, что свидетельствует о наличии в крупе большого