Загадки простой воды
Всеволод Арабаджи
Электричество водопадов
Впервые электризация жидкости при дроблении была замечена у
водопадов Швейцарии в 1786 году. С 1913 года явление получило название
баллоэлектрического эффекта. Эффект электризации наблюдается не только у
водопадов на открытой местности, но и в пещерах. Заряд воздуху у водопадов
сообщают микроскопические капельки воды и молекулярные комплексы, которые при
дроблении отрываются от водной поверхности и уносятся в окружающую среду.
Наиболее значительный эффект электризации воздуха наблюдается у самых больших водопадов
мира – у водопада Игуассу на границе Бразилии и Аргентины (высота падения воды
190 м, ширина потока 1 500 м) и у водопада Виктория на реке Замбези в Африке
(высота падения воды 133 м, ширина потока 1 600 м). У водопада Виктория за счет
дробления воды возникает электрическое поле напряженностью до 25 кв/м. С
удалением от водосброса это поле уменьшается и на расстоянии около 1,6 км по
горизонтали и 0,5 км по вертикали электрическое поле водопада переходит в
нормальное электрическое поле земной поверхности. При дроблении пресной воды в
воздух переходит отрицательный заряд. Поэтому в воздухе у водопадов количество
отрицательных ионов превышает количество положительных. У небольшого водопада
Учан-Су в Крыму отношение отрицательных ионов к количеству положительных равно
6,2, а у водопада Ак-Су в Средней Азии оно составляет около 4.
У берегов морей воздух вместо отрицательного заряда
приобретает положительный вследствие того, что здесь происходит разбрызгивание
не чистой, а соленой воды. На поверхности морей и океанов разбрызгивание воды
начинается при скорости ветра более 10 м/сек, когда на волнах появляются
гребешки пены. Отношение положительных зарядов к отрицательным в воздухе над
морем при бурном море достигает 2,04, при зыби оно близко к 1,48.
Наибольшая электризация воздуха наблюдается при
разбрызгивании чистой воды. С увеличением концентрации примесей электризация
уменьшается и далее меняет знак (в естественных условиях, например, у берегов
морей и над морской поверхностью). Уменьшение выхода электричества вплоть до
обращения знака эффекта при добавлении к воде кислот происходит при меньшей
концентрации примеси, чем при добавлении солей. С увеличением вязкости жидкости
ее электризация при дроблении уменьшается. Подвижность выходящих при
баллоэлектрическом эффекте в воздух заряженных капелек и молекулярных
комплексов может изменяться от 4 до 0,05см/сек/вольт/см при радиусе этих
образований в пределах 3·10–8...4·10–7.
Выход электричества различен при разбрызгивании капель
разной величины. Для капли диаметром 4,4 мм при скорости падения 6,8 м/сек
высвобождается заряд 0,89 10–12 кулон/см3, в то время как для капли диаметром
0,4 мм при скорости падения 4 м/сек отдача заряда составляет 10–12 кулон/см3.
При наибольшей интенсивности разбрызгивания наблюдается выход заряда порядка
10–10 кулонов на каплю.
Баллоэлектрический эффект наблюдается только у дипольных
жидкостей*. Основной причиной эффекта является наличие на поверхности жидкости
слоя ориентированных диполей, которые создают двойной электрический слой внутри
жидкости. Электрическое поле диполей простирается на некоторую глубину внутрь
жидкости и концентрирует вблизи ее границ свободные заряды. У недипольных
жидкостей электрическое поле поверхностного двойного электрического слоя внутрь
жидкости не проникает.
* Дипольными называются жидкости, у которых центры
положительного и отрицательного зарядов в молекулах не совпадают между собой.
Подавляющее число жидкостей в природе является дипольными. Вообще же
электрический диполь представляет собой совокупность двух равных по величине и
противоположных по знаку электрических зарядов (или центров концентрации
объемного заряда), находящихся на некотором расстоянии друг от друга и
связанных между собой силами притяжения.
Так как при разбрызгивании жидкостей образуются пузыри, в
тонкой пленке которых заряд поверхности жидкости уже не будет скомпенсирован
зарядом внутренних слоев, в воздух вместе с мельчайшими частицами жидкости
уходит и избыточный заряд тонкой пленки пузырей. При адсорбции* поверхностью
жидкости свободных зарядов из ее внутренних слоев происходит уменьшение
эффективной величины электрического поля внутреннего двойного электрического
слоя и затем изменение его знака. Этим объясняется изменение знака электризации
при дроблении дипольных жидкостей с добавлением к ним примесей.
* Адсорбция – осаждение веществ из газа или раствора на
поверхности твердого тела или жидкости.
↧