СЕЛФ

99 - 103

Д.П. Борисенко-Каравашкина

99

Учет такого процесса, возможно, устранит те принципиальные трудности в описании конденсации пара вблизи критической точки, из-за которых до сих пор отсутствует полная молекулярно-статистическая теория конденсации пара. Не исключена возможность, что именно грануляция пара и поможет нам понять условия перехода пара в жидкое или твердое состояние в тройной точке.

Как можно представить себе процесс грануляции пара? При точке росы создаются условия для возникновения таких связей между молекулами, которые позволяют им объединяться в водяные шаровые поверхности. Внутренние же молекулы, будучи защищенными поверхностной пленкой от внешних условий и приобретя энергию, выделенную поверхностными молекулами, сохраняют паровую фазу. Объемы образуемых гранул, возможно, определяются тем минимальным количеством молекул, которое может образовать шаровую поверхность - подобно тому, как лишь определенное количество пятиугольников способно образовать покрышку футбольного мяча.

Предложенная выше структура облачных составляющих (будем в дальнейшем называть их гранулами) сохраняет им летательную способность. По крайней мере теперь уже можно будет уверенно говорить о равновесии веса гранул с выталкивающей силой воздуха. Кроме того, гранулы неспособны разлагать свет на составляющий его спектр и тем создавать радугу. Более того, именно наличие внутри гранул паровой фазы, возможно, и позволит нам объяснить причину их незамерзания при довольно низких температурах.

А теперь попытаемся объяснить процесс конденсации. Он наступает тогда, когда из-за грануляции нарушаются условия точки росы. Оставшемуся негранулированному пару приходится лишь конденсироваться на поверхностных пленках гранул.

100

Влияние на гранулу конденсации на ней пара происходит в двух направлениях. В одном, отдавая часть своей энергии грануле, конденсированный пар повышает ее температуру. За счет этого возможно испарение молекул внутрь гранулы, увеличение объема гранулированного пара, а соответственно и всей гранулы. В другом - конденсирующийся пар увеличивает толщину поверхностной пленки, а соответственно и вес гранулы. Интенсивность процессов в обоих направлениях зависит, естественно, от температуры, давления и влажности окружающей среды. Можно лишь твердо сказать, что гранулы находятся в постоянном изменении, что и заставляет их постоянно искать себе место в облаке - условия равновесия в воздухе. Так, по мере утяжеления она вынуждена опускаться все ниже, а когда ее вес превысит выталкивающую силу воздуха - выпадать на землю в виде мелких капелек дождя. По мере же облегчения гранулы путем испарения оболочки она поднимается все выше и выше и может вообще антигранулироваться, а при появлении условий точки росы вновь гранулироваться.

Облако правильно называют гигантским пылесосом. Оно, как губка, впитывает в себя все атмосферные примеси: пылинки, дым, соли, кислоты, ионы, электроны и пр. Особенно интенсивно в этом направлении приходится “трудиться” нижней части облака. Видимо, потому оно и выглядит здесь всегда грязно-серым, а то и желтым, оранжевым и даже зеленым.

Примеси называют ядрами конденсации влаги. Возможно, для свободного пара так оно и есть, только образовавшиеся при этом капельки немедленно выпадут на землю.

101

Так что те примеси, которые окрашивают облако, наверняка являются прилипшими к гранулам. Они, конечно же, утяжеляют гранулы, но не настолько, чтобы нарушить их летательную способность.

Большинство примесей, будучи высокодисперсными, имеют электрический заряд. Соотношение количества положительно и отрицательно заряженных примесей, прилипших к грануле, и определяет ее общий заряд. Отмечается, что он может достигать 100 единиц заряда. Стало быть, число частичек, прилипающих к грануле, может быть намного больше. Столь большое количество примесей в грануле, возможно, появляется и за счет слияния мелких гранул в более крупные с сохранением их общей летательной способности.

2. Почему облака разные?

Образование различного вида облаков обычно связывают с такими факторами, как разности атмосферных давлений, температур воздуха и влажностей. Но ведь эти факторы скорее могут влиять на образование облачных масс, чем на различие форм облаков. К сожалению, нигде не обращается внимание на то, что облака образуются в магнитном поле Земли, которое не может не оказывать влияние на двигающиеся постоянно заряженные гранулы. Рассмотрим взаимодействие магнитного поля Земли с двигающимся зарядом облака поначалу на примере образования кучевых облаков, а затем распространим выводы и на другие формы.

102

2.1. Образование кучевых облаков

Кучевые облака, как известно, отличаются от всех других своим большим вертикальным развитием, достигающим десяти и более километров. Такое их развитие объясняется до сих пор действием на них восходящих потоков воздуха. Но способен ли поток воздуха сам по себе произвести объемное разделение зарядов? Естественно, нет. Он способен лишь перемешивать заряды. Что же может разделить заряды и создать условия для развития молнии? То самое магнитное поле, о котором говорилось выше. Наблюдения за облаками это подтверждают. Кучевые облака всегда идут с запада на восток, с востока на запад или близко к этим направлениям, т.е. при своем движении пересекает магнитное поле Земли.

Может возникнуть возражение, что и индукция магнитного поля Земли (0,610 ^-4 Тл), и скорость перемещения облака неизмеримо малы по сравнению с такими же параметрами, например, в электрическом генераторе. Да, это так, но ведь и положение зарядов в облаке отличается от положения в металле. Так, разделение зарядов в металле возможно только за счет смещения магнитным полем электронов, поскольку ионы жестко закреплены в узлах кристаллической решетки. Но, имея большую собственную энергию, электроны из-за столкновений находятся в постоянном хаотическом движении. Поэтому нужна большая скорость проводника в сильном магнитном поле, чтобы сделать это движение электронов направленным.

Иное положение зарядов в облачной массе. Оба их вида способны перемещаться в облаке, но, будучи объединены с гранулами, они теряют способность к хаотическому движению.

103

Любая, хоть и незначительна, внешняя сила, в том числе и создаваемая магнитным полем Земли, способна обеспечить им направленное движение.

а                                                                                   б

Рис. 1. Возможные случаи разделения зарядов в облаке

B – направление магнитного поля Земли

На рис. 1, а и б показаны два возможных случая разделения зарядов в облаке при его движении с запада на восток и обратно. Крестики показывают действительное положение силовых линий напряженности магнитного пола Земли Н - с юга на север.

Сила Лоренца, действующая на единичный заряд, двигающийся со скоростью 10 м/с перпендикулярно магнитному полю Земли, составляет всего 10 ^-22Н. Она, конечно, мала по сравнению с другими силами, постоянно действующими на гранулу - силой ее веса Р, выталкивающей силой воздуха F_b и силой электрического поля Земли F_ee . Направления действия этих сил на гранулы при отсутствии силы Лоренца показано на рис. 2а.

а) при отсутствии ветра

б) при восточном ветре

в) при западном ветре

Рис. 2. Распределение сил, действующих на гранулы с разноименными зарядами в облаке; B – направление магнитного поля Земли

Из представленных там же формул, определяющих равновесие гранул, следует, что при всех равных условиях отрицательно заряженная гранула будет находиться значительно выше, чем заряженная положительно. Возможно, поэтому в нижней части грозового облака всегда находят положительно заряженные области.

Однако силу Лоренца следует сравнивать не с самими этими силами, а с их результирующей в новом, смещенном от равновесия положении F_r . Из названных выше трех сил наиболее ощутимому изменению с высотой подвержена выталкивающая сила воздуха F_b . Следовательно, ее изменения, в основном, и определяют величину результирующей силы F_r , с которой надо сравнивать силу Лоренца.