Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Физика аэрозолей / Физ.аэрозолей 2

.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
15.03.2019
Размер:
125.84 Кб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра экспериментальной физики атмосферы

Дисциплина «Экспериментальная физика аэрозолей»

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АКТИВАЦИИ АЭРОЗОЛЕЙ В АТМОСФЕРЕ

Вариант №2

Выполнили:

ст. гр. ПМ-Б15-1-3 ___________________ Светачева А.

Проверил: Скачков И.

доц. каф. ЭФА ___________________ Чукин В.В.

Санкт-Петербург 2017

Цель работы:

Исследовать зависимость процессов образования капель воды и

кристаллов льда на частицах аэрозоля от температуры и влажности воздуха.

Основная теоретическая информация:

Энергия, необходимая для образования капель воды и кристаллов льда

различного размера из молекул водяного пара, определяется формулой:

ΔGvw  энергия, затрачиваемая для объединения молекул водяного пара в одну каплю воды, Дж;

ρw  плотность воды, равная 1000 кг/м3 ;

k  постоянная Больцмана, равная 23 1.38 10  Дж/K;

mw  масса молекулы воды, равная 2.99⋅10−26 кг;

T  температура воздуха, K;

S  относительная влажность воздуха в долях единицы;

r  радиус образующейся частицы, м;

σvw  поверхностная энергия натяжения на границе между водой и паром, зависящая от температуры воздуха по формуле: 0.111109−1.3⋅10−4 ⋅T Дж/м2 ;

q - электрический заряд частицы, Кл;

ε' - относительная диэлектрическая проницаемость атмосферы,

примерно равная 1.0;

ε 0 - диэлектрическая проницаемость вакуума,

равная 8.85⋅10−12 Ф/м .

Максимальные затраты энергии необходимы для создания капли или

кристалла критического размера. Для создания капель и кристаллов

меньшего или большего размера требуются меньшие энергетические затраты.

Система из молекул воды, как любая термодинамическая система, стремиться

уменьшить свою свободную энергию. Поэтому, если радиус частиц менее

критического (r<rc ) , то частицы уменьшают свои размеры с течением

времени и распадаются на молекулы, а если размер частиц более

критического (r>rc ) , то такие частицы растут с течением времени. В обоих

случаях свободная энергия системы уменьшается.

Значение критического размера ядра капли воды определяется по

формуле:

rcw  критический радиус капли воды, м.

Порядок выполнения работы:

Для определения значения равновесного радиуса гидратированных ионов и критического радиуса капель использовали формулу критического радиуса капель воды (rcw).

Затем, составлена программа на языке программирования Python, которая позволила рассчитать значения равновесного радиуса в диапазоне размеров капель от 2⋅10^−10 до1.3⋅10^−9 м., и представила на рис. 1. графики зависимости ΔGvw(r).

Рис. 1

Скрипт

#-------------------------------------------------------------------------------

# Name: module1

# Purpose:

#

# Author: student

#

# Created: 31.10.2016

# Copyright: (c) student 2016

# Licence: <your licence>

#-------------------------------------------------------------------------------

def main():

pass

if __name__ == '__main__':

main()

#-------------------------------------------------------------------------------

# Name: module1

# Purpose:

#

# Author: student

#

# Created: 17.10.2016

# Copyright: (c) student 2016

# Licence: <your licence>

#-------------------------------------------------------------------------------

def main():

pass

if __name__ == '__main__':

main()

#!/usr/bin/env python

# coding: utf8

from numpy import *

from math import *

from matplotlib.pyplot import *

#################################################################################

# Дисциплина:

# ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА АЭРОЗОЛЕЙ

# Пример 1A:

# ИНТЕГРИРОВАНИЕ ФУНКЦИИ РАСПЕРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ ПО РАЗМЕРАМ

# Авторы:

# Чукин Владимир Владимирович <chukin@meteolab.ru>

# Чукина Александра Михайловна <chukina@meteolab.ru>

# Садыкова Алися Фаилевна <sadykova@meteolab.ru>

# Воробъёва Ольга Владимировна <vorobyeva@meteolab.ru>

# Версия:

# 2016-09-19

#################################################################################

#################################################################################

# Задаем параметры распередения аэрозолей по размерам

#################################################################################

pw = 1000.0 # Плотность воды, равная кг/м3;

k = 1.38E-23 # постоянная Больцмана Дж/K;

mw = 2.99E-26 # масса молекулы воды, равная кг;

T = 273.15 # температура воздуха, K;

q = [1.6E-19, 0] # Заряд, Кл

S = 4.0

e1 = 1.0

e0 = 8.85E-12

rmin = 2.0E-10 # радиус min образующейся частицы, м;

rmax = 1.3E-9 # радиус max образующейся частицы, м;

dr = 1E-11

m = int((rmax-rmin)/dr)+1

r = zeros(m)

a = zeros((len(q),len(r)),dtype=float)

b = zeros((len(q),len(r)),dtype=float)

c = zeros((len(q),len(r)),dtype=float)

h = zeros((len(q),len(r)),dtype=float)

G = zeros((len(q),len(r)),dtype=float)

rcw = 2*h*mw/pw*k*T*log10(S)

for i in range(len(q)):

for j in range(m):

r[j] = rmax - j*dr

#rcw = (2*h*mw)/(pw*k*T*lod(S))

h = 0.111109 - (1.3E-4)*T

a[i][j] = (-4*pi*pw*k*T*log(S))/3/mw*r[j]**3

b[i][j] = 4*pi*h*r[j]**2

c[i][j] = q[i]**2/(8*pi*e1*e0*r[j])

G[i][j] = a[i][j]+b[i][j]+c[i][j]

#################################################################################

# Построение графика

#################################################################################

semilogx(r, G[0], color= "red", lw=1,label ="q1")

semilogx(r, G[1], color="blue",lw=1,label ="q1")

xlabel("r, m", fontsize = 12)

ylabel("G, Dg", fontsize = 12)

grid(True)

legend(loc=1)

show()

Анализ полученных результатов:

В результате мы получили значения равновесного радиуса гидратированных ионов и критического радиуса капель, а также получили график зависимости энергии, затрачиваемой для объединения молекул водяного пара в одну каплю воды, от радиуса - ΔGvw(r). Тогда можно сделать вывод, что максимальные затраты энергии необходимы для создания капли критического размера. Для создания капель меньшего или большего размера требуются меньшие энергетические затраты.

Выводы по работе:

По данным измерений, полученных в ходе лабораторной работы №2 можно исследовать зависимость процессов образования капель воды на частицах аэрозоля от температуры и влажности воздуха.

Соседние файлы в папке Физика аэрозолей