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.
Другие главы из книги Вс. Арабаджи "Загадки простой воды"
