云雾形成理论解析PPT学习教案.pptx

会计学
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云雾形成理论解析
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成核作用
核化过程：形成云雾质粒的过程。
自发核化（同质核化）：单一相态分子中没有其它物质存在时发生的核化过程。
对水而言，水汽以几个水分子集合体为中心聚集成液体（凝结）或固体（凝华），或者以过冷却水中的水分子集体为中心形成冰晶（冻结）。如把这些微小的水分子集合体看成核，则这种无异质核存在时的核化现象称为自发核化或同质核化。同质是指结成的核心不是异性物质，都是水分子的意思。上述三种过程的自发核化分别称为：同质凝结核化、同质凝华核化和同质冻结核化。
异质核化：有异质核存在时的核化现象。
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成核作用
异质核化：有异质核存在时的核化现象。
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同质凝结核化
1897年，Wilson令一个内含纯净无杂质的且相对湿度为100%的空气云匣发生膨胀，第一次发现在膨胀冷却到相对湿度达800％以上时，才出现自发凝结现象。
在这样大的相对湿度下，水汽分子才能克服由于温度和密度造成的微观起伏，自发地排列成团，形成微水滴。
同质凝结核化发生的相对湿度界限，称为阈湿。
结论：自然条件下不可能出现水汽同质核化凝结形成水滴。
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同质凝华核化
同质凝华核化比同质凝结核化困难得多，，×10-52/cm3s。
Ostwald等级规律（1902）：一个水汽过饱和相并不直接转变为最稳态(冰)，而是先转变为次稳态（或亚稳态），即过冷却水。
1940年Krastanow计算认为温度低于-65℃时，水的相变并不按上述规律，而却能直接转化为冰。
1963年Dufour和Defay指出：Krastanow的结果是错的，因为他所用的数据有误。
现在发现，至少在温度高于-100℃的范围内，自发凝华核化过程不会违反Ostwald的等级规律。
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同质冻结核化
计算表明，要产生同质冻结，过冷却水的温度至少要冷到-35℃左右。×10-3μm。而每个冰胚仅含195个水分子。此时冰胚产生率为5/cm3s，过冷却水温度愈低，冰胚产生率愈高。
中值冻结温度：由于水滴群同质冻结的起始温度存在随机性，常用“中值冻结温度”来表示水滴群的冻结温度。它指水滴群中有半数水滴已冻结时的温度。
①群滴尺度一定时，冷却率愈小，则中值冻结温度愈高；
②冷却率一定时，群滴的尺度愈大，则中值冻结温度愈高。
使一半过冷却水滴在1℃/h冷却率下自发冻结，水滴直径10cm时温度必须降到-30℃以下；水滴直径1微米时温度要降到-45℃。即不论冷却率如何，水滴群的中值冻结温度都在-30~-45℃之间。
因此在-40℃以上，自然云多为过冷却的。
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异质核化 - 离子的凝结核化
水汽在带电离子上凝结的平衡饱和比S较不带电时小。
使当不带电时不可能发生凝结的饱和比状态下，由于有了电荷就能发生凝结现象。
r<，电荷的影响十分显著；
r>，曲率的影响显著；
r>，电荷的影响已可以忽略。
离子正负对饱和比的影响
与正离子相比，负粒子在较低过饱和度条件下就开始成核。原因在于，微水滴负氧端指向外，正H端向内，负离子表面分布有负电荷，正好和正H端相接，造成异号相吸的形势。这就使负离子上水汽凝结为水较为容易些。
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异质核化 - 不溶性平表面上的凝结核化
主要与核的水湿性相关：
如在潮湿环境下的平石板、墙面，浴室的镜面、磁砖表面上发生的凝结现象。
结论：要产生相同的核化率，亲水性表面比憎水性表面容易。
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异质核化 - 不溶性曲面上的凝结核化
主要与核的曲率相关：
1）凹表面比凸表面容易发生凝结核化；
2）单就凹、凸表面而言，曲率半径越小，平衡饱和比越大，凝结越困难。
存在的问题：
接触角的概念是宏观概念。当形成水胚时，只有少数水分子组成一个微观集体，是否能用宏观概念讨论这种微观现象，还有待研究。
理论将核表面过于理想化，实际核表面并不是十分光滑的。
将下垫面上之水胚视为直接由水汽在核表面上打击而形成，也可能是将问题简单化。事实上，水汽在到达下垫面上方薄层中后，往往还有扩散现象。下垫面的性质，肯定对水汽的这种扩散起到控制作用。
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异质核化 - 可溶性核上的凝结
已知Kohler方程为
f为相对湿度。设温度为275K，m为饱和食盐溶液中溶质质量，则
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