211service.com
Kā smilšu vētras rada iespaidīgus zibens displejus
Viena no aizraujošajām vulkānisko mākoņu spalvu iezīmēm ir to radītais neparastais zibens attēlojums. Līdzīgas izplūdes rodas smilšu vētrās un putekļos, ko uzpūš virs tuksnešiem lidojošie helikopteri, izraisot bīstamu loku. Šīs zibens vētras ir tikpat mulsinošas, cik iespaidīgas.
Problēmai ir divas daļas. Pirmkārt, smilšu daļiņas ir vairāk vai mazāk identiskas, pēc izmēra un ķīmiskās sastāva. Kā tad viņi pārskaita maksu starp tām? Otrkārt, smilšu daļiņas ir izolatori, nevis vadītāji, kas padara to divtik dīvainu, ka tās var būt iesaistītas tik liela lādiņa daudzuma pārnešanā. Kas uz Zemes notiek?
Šodien Thomas Pähtz no Šveices Federālā tehnoloģiju institūta Cīrihē un pāris draugi saka, ka var izskaidrot visu ar maldinoši vienkāršu jaunu modeli. Turklāt viņu modelis sniedz dažas vienkāršas prognozes par to, kā smilšu daļiņas pārnes lādiņu.
Šeit ir viņu ideja. Viņi sāk, domājot par smilšu daļiņām kā identiskām dielektriskām sfērām. Elektriskajā laukā dielektriskās daļiņas kļūst polarizētas, izraisot lādiņa uzkrāšanos katrā smilšu sfēras pusē. Kad divas sfēras saskaras, lādiņš pārdalās pāri robežai starp tām, veidojot lielāku, divkārši polarizētu daļiņu. Galvenā ideja ir tāda, kas notiek, kad tā atkal sadalās divās daļās: katra daļiņa beidzas ar neto lādiņu (skatiet attēlu augstāk). Polarizācijas process sākas no jauna, ļaujot daļiņām vēl vairāk palielināt savu lādiņu ar katru sadursmi. Nav grūti saprast, kā salīdzinoši neliels sadursmju skaits var izraisīt milzīgu lādiņu pārnešanu šādā veidā, neskatoties uz to, ka nav nekāda veida vadoša līdzekļa.
Šis modelis sniedz dažas interesantas prognozes par ātrumu, kādā smilšu mākonim vajadzētu uzlādēt. Piemēram, tas paredz, ka sekli putekļu mākoņi tiks uzlādēti tikai vāji. Tas ir tas, ko jūs varētu sagaidīt no vāja vēja vai smagiem graudiem. Tāpat ļoti bieziem mākoņiem vajadzētu izraisīt tikai vāju uzlādi. Tomēr Pahtz un co saka, ka starpposma mākoņos vajadzētu būt dramatiskai uzlādei. Un, protams, tas ir tieši tas, ko viņi atrod gan putekļu mākoņu skaitliskās simulācijās, gan faktiskajos eksperimentos, ko viņi ir veikuši ar īstām smiltīm.
Kā prognozēts, mēs atklājam, ka seklas sakustinātas gultnes — kā to varētu sagaidīt vājā vējā vai smagiem graudiem — uzlādē vāji, tāpat kā ļoti dziļas sakustinātas gultas — kā tas būtu sagaidāms ļoti izkliedējošiem materiāliem. Tomēr starpposma apstākļos mēs novērojam dramatisku uzlādi, un visvairāk uzlādētās daļiņas ir atrodamas galvenokārt satrauktās gultas augšpusē, viņi saka.
Tā ir eleganta ideja, kas rada dažus aizraujošus rezultātus. Bet tas atstāj atklātu vienu ļoti svarīgu jautājumu. Kas īstās vētrās ģenerē elektrisko lauku, kas vispirms polarizē smilšu daļiņas? Šķiet, ka Pahtz un co gaidīs interesants laiks, lai nonāktu līdz galam.
Atsauce: http://arxiv.org/abs/1003.5188 Kāpēc daļiņu mākoņi ģenerē elektriskos lādiņus?