211service.com
Kaip smėlio audros sukuria įspūdingus žaibo vaizdus
Viena iš įspūdingų ugnikalnių debesų plunksnų savybių yra nepaprastas jų generuojamas žaibas. Panašūs išmetimai atsiranda per smėlio audras ir dulkėse, kurias išpučia virš dykumų skraidantys sraigtasparniai, sukeliantys pavojingą lanką. Šios žaibiškos audros yra tiek mįslingos, tiek įspūdingos.
Yra dvi problemos dalys. Pirma, smėlio dalelės yra daugiau ar mažiau identiškos, dydžio ir cheminės sudėties. Kaip tada jie perkelia mokesčius tarp jų? Antra, smėlio dalelės yra izoliatoriai, o ne laidininkai, todėl dvigubai keista, kad jos gali dalyvauti perduodant tokius didžiulius krūvius. Kas žemėje vyksta?
Šiandien Thomas Pähtzas iš Šveicarijos federalinio technologijos instituto Ciuriche ir pora bičiulių sako, kad gali paaiškinti viską apgaulingai paprastu nauju modeliu. Be to, jų modelis pateikia keletą aiškių prognozių, kaip smėlio dalelės perduoda krūvį.
Štai jų idėja. Jie pradeda galvoti apie smėlio daleles kaip apie identiškas dielektrines sferas. Elektriniame lauke dielektrinės dalelės poliarizuojasi, todėl kiekvienoje smėlio sferos pusėje kaupiasi krūvis. Kai susiliečia dvi sferos, krūvis persiskirsto per ribą tarp jų ir sukuria didesnę, dvigubai poliarizuotą dalelę. Pagrindinė idėja yra ta, kas atsitiks, kai ji vėl suskaidoma į dvi dalis: kiekviena dalelė baigiasi grynuoju krūviu (žr. paveikslėlį aukščiau). Tada vėl prasideda poliarizacijos procesas, leidžiantis dalelėms dar labiau padidinti savo krūvį su kiekvienu susidūrimu. Nesunku suprasti, kaip santykinai nedidelis susidūrimų skaičius gali baigtis tokiu būdu perkeliant didelius krūvius, nepaisant to, kad nėra jokios laidžios terpės.
Šis modelis pateikia įdomių prognozių, kokiu greičiu smėlio debesis turėtų išsikrauti. Pavyzdžiui, prognozuojama, kad negilūs dulkių debesys bus įkraunami tik silpnai. To galite tikėtis dėl silpno vėjo ar sunkių grūdų. Panašiai labai stori debesys turėtų lemti tik silpną įkrovimą. Tačiau Pahtz ir co teigia, kad tarpiniuose debesyse turėtų būti dramatiškas įkrovimas. Ir tikrai, būtent tai jie randa tiek skaitiniais dulkių debesų modeliavimais, tiek faktiniais eksperimentais, kuriuos jie atliko su tikru smėliu.
Kaip ir buvo prognozuota, pastebime, kad seklios maišomos lovos – kaip galima tikėtis esant silpnam vėjui arba esant dideliems grūdams – įkrauna silpnai, kaip ir labai gilios maišomos lovos – kaip ir būtų galima tikėtis iš labai išsisklaidančių medžiagų. Tačiau tarpinėmis sąlygomis stebime dramatišką įkrovimą, o labiausiai įkrautos dalelės dažniausiai randamos šalia susijaudinusios lovos viršaus, sako jie.
Tai elegantiška idėja, kuri duoda nuostabių rezultatų. Tačiau tai palieka atvirą vieną labai svarbų klausimą. Kas tikrose audrose sukuria elektrinį lauką, kuris poliarizuoja smėlio daleles? Panašu, kad Pahtz ir bendradarbiai turės įdomaus laiko, kad pasiektų to dugną.
Nuoroda: http://arxiv.org/abs/1003.5188 Kodėl dalelių debesys generuoja elektros krūvius?