Файл: Мучник, В. М. Физика грозы.pdf

положительных зарядов, около 10 % соударений — отрицательных и примерно 10 % — нулевых, т. е. лежащих в области нечувстви­ тельности измерительного прибора. Капли могли получать нулевые заряды при соответствующих углах соударения и, кроме того, в случаях, когда не было их соударения с шаром, что иногда имело место. Оказалось также, что знаки зарядов, приобретаемых ша­ рами при одном и том же направлении поля, для догоняющих и встречных соударений одинаковые.

Знаки зарядов шаров можно объяснить, допустив, что при дого­ няющих соударениях капли отражаются от нижней половины

зультирующая скорость.

1 — догоняющее соударение, 2 — встреч­ ное соударение.

шара, а при встречных скользят вдоль его поверхности и отрываются также в нижней половине шара. При движении шара и капли в одном направлении (рис. 64 а) капельки, образующиеся в резуль­ тате разрушения, должны также двигаться в этом направлении и отрываться от нижней части шара. Этому способствуют силы при­ липания капелек к поверхности шара. Капли, разрушившиеся близко от электрического «экватора» в вертикальном электричес­ ком поле, имеют тенденцию к скольжению вдоль поверхности шара и будут отрываться от его верхней половины. При встреч­ ном движении шара и капли результирующая скорость ѵ стремится унести капельку с поверхности шара (рис. 64 6 ). Под влиянием сил прилипания капли к поверхности и вследствие того, что шар движется вверх, капелька вынуждена скользить по поверх­ ности шара и будет отрываться в его нижней части. На основании этих представлений для получения сопоставимых данных при вы­ числении средних отбрасывались случаи с отрицательными и нуле­ выми значениями.

233

В табл. 51 приведены результаты опытов [130]. Кроме средних значении зарядов, даны средние квадратические ошибки их изме­ рений. Чтобы определить вид зависимости электризации от напря­ женности поля, данные табл. 51 нанесены на график (рис. 65). Из графика видно, что как для догоняющих соударений частиц, движущихся в одном направлении, так и для встречных соударений шаров и капель существует прямая пропорциональность между за­ рядом и напряженностью поля. Так как градины обычно падают со скоростью больше 10 м/с, данные для встречного соударения можно использовать для оценки среднего заряда. В поле напряжен­ ностью 5- ІО4 В/м заряд капли радиусом 2,9 мм оказывается рав­ ным около ІО-9 Кл. Затем были проведены исследования зависи­ мости электризации от размеров капель.

Т а б л и ц а 51

Зависимость электризации при соударении шаров и капель от напряженности электрического поля (нижний электрод конденсатора, создающего поле, положительный, верхний заземлен, диаметр капель 5,8 мм).

По В. М. Мучнику [130]

Из табл. 52 следует, что для догоняющих соударений сначала с увеличением размеров капель происходит увеличение их электри­ зации, но начиная с радиуса около 2 мм с увеличением размеров наблюдается небольшое уменьшение электризации капель. Для встречных соударений такой зависимости нет. Только начиная с ра­ диуса около 2,7 мм наблюдается некоторый рост заряда с ростом радиуса капель. Полученные результаты можно объяснить тем, что при увеличении размеров капель увеличивается их неустойчивость. Чем больше капля, тем меньше усилие, необходимое для ее разру­ шения. Как известно, капли диаметром 6 мм настолько неустой­ чивы, что при падении разрушаются самопроизвольно. Поэтому,

234

если прилагать к каплям одинаковые усилия, крупные капли, начи­ ная с некоторых размеров, будут разрушаться на меньшее число капелек, чем капли малых размеров. Из табл. 52 следует, что чем больше скорость соударения, тем больше размер капель, начиная с которого рассматриваемый эффект проявляется. Если это пред­ положение правильное, то такую же зависимость электризации от размеров капель надо ожидать для соударения шаров и капель без электрического поля, что было получено В. М. Мучником [130], Шевчуком и Ирибарне [515].

Т а б л и ц а 52

Зависимость электризации при соударении шаров и капель в электрическом поле от размеров капель (нижний электрод конденсатора, создающего поле, положительный, верхний заземлен, напряженность поля 2,7 • ІО4 В/м).

По В. М. Мучнику [130]

* Значение заряда шара получено экстраполяцией данных рис. 65.

Были также выполнены исследования с ледяными шарами. Для их изготовления употреблялась питьевая вода. Таяние ледяного шара приводило к трудности, которую в условиях исследований не удалось устранить. При температуре выше 0° С, большой влажности воздуха и быстром вращении шаров происходит настолько интен­ сивное таяние льда, что от шара непрерывно отрываются капельки.

Из табл. 53 следует, что знаки зарядов, образующихся при встречном соударении капель с ледяными шарами, такие же, как и в случае встречного соударения с металлическими шарами, при

235

одинаковом направлении электрического поля. Величина же заря­ дов при соударении капель с ледяными шарами получается не­ сколько большей, чем при соударении с металлическими шарами. Причинами этого являются добавочная электризация за счет ка­ пель, образующихся при таянии, и более интенсивное образование капель на поверхности с водяной пленкой.

Т а б л и ц а 53

Зависимость электризации при соударении ледяных шаров и водяных капель от напряженности электрического поля (нижний электрод конденсатора, создающего поле, отрицательный, верхний заземлен, соударение встречное, диаметр капли 4,4 мм). По В. М. Мучнику '[130]

Как указывалось выше, должна существовать зависимость электризации в электрическом поле от угла соударения между проводящей сферой и каплей. Стальной шар диаметром 3 см при падении соударялся с каплями диаметром 2,2—2,6 мм, подвешен­ ными на изолированной нити, в вертикальном поле напряженностью 1,9- ІО4 В/м. Опыты проводились для углов 0, 40, 60 и 90° (точнее, около 90°), т. е. характер соударения капель с шаром изменялся от центрального до легкого, скользящего соприкосновения. Кроме того, изменяя высоту падения шара по отношению к капле, можно было исследовать зависимость электризации от скорости соударе­ ния. Для получения среднего значения заряда шара производилось 10—15 измерений в каждой серии опытов (табл. 54).

Т а б л и ц а 54

Зависимость электризации от угла и скорости соударения металлического шара

236