Таким образом, если рост температуры увеличивает пересыщение раствора по СаСОз, увеличивая радиусы кристаллов, то воздействие магнитного поля на проточные системы приводит к снятию пересыщения, активирует поверхность уже имеющихся микрозародышей, возможно, за счет разрушения гидратной оболочки при рМГД>То.2-

Аналогичными свойствами обладает ультразвук, ионизирующее излучение и ПАВ [130]. Таким образом, речь идет не об образовании новых зародышей кристаллизации, а об активации их свойств и росте в объеме. Самопроизвольное образование зародышей кристаллизации в растворах труднорастворимых солей маловероятно [97, 98].

Отметим, что аналогичные результаты по увеличению размеров кристаллов были получены кристаллохимическим методом из морской воды Тихого океана [128]. Выпадающие кристаллы СаСОз становятся центрами кристаллизации и таких солей, как NaCl и др. Как известно, морская вода обычно пересыщена по СаСОз в 5-10 раз в природных водных объектах, что, по-видимому, обусловлено наличием органических примесей [4].

2.4. О роли электромагнитных явлений в механизме возникновения гидродинамической неустойчивости в потоке

Возникновение в потоке радиальных электрических сил. Рассмотрим ламинарный поток в узкой трубке (капилляре) радиусом Го и длиной /. Под действием давления р жидкость течет со ско-

Рис. 2.25. Схема возникновения радиальных электрических сил и сил поверхностного натяжения в потоке в капилляре.

/

~+~Т ~+ ~г+- 1+

- - + 4-

+ + - +

+ - -ь -

ростью у. Принято считать, что прилегающий к стенке слой жидкости неподвижен (рис. 2.25). Обозначим толщину его бн- При больших концентрациях бн>бдв. При У=0 поверхностный заряд стенки плотностью as, компенсируется суммарным зарядом диффузного слоя (неподвижной и подвижной части), так, что

? = (Т55ед = (рдв. + Рдв.п)ед, (2.39)

где Рдв. н и рдв. п - объемные плотности зарядов неподвижной и подвижной частей двойного слоя, а 5ед и ед - площадь соответственно единицы поверхности и объема.

в неподвижной части бн имеют место значения вязкости т]о.2, большие, чем в объеме т)о. При пристеночном давлении рТо.г (где То.2 - предельное напряжение сдвига неподвижного слоя) происходит разрушение структуры этого слоя [22]. При этом увеличивается объемная плотность заряда в объеме движущейся части потока, или, более точно, в ее пограничном слое.

При Re<ReKp и при условии бн<бдв, т. е. в ламинарном режиме потока при малых Vy, р<Ркр и имеет место движение заряженного по поверхности цилиндрического слоя жидкости длиной / с поперечным сечением 5

5 = л/4(2г -б )=. (2.40)

Суммарный поверхностный заряд такого цилиндра равен

Qsn = 2л (Го - б ) (055ед - Рдв. иед) (2.41)

Заряд оставшегося неподвижного слоя

Qs = 2ягоб Рдв. /. (2.42)

Заряд Qsn обусловливает для случая движущегося или неподвижного цилиндра возникновение радиального электрического поля при г<Го, Er~Qs r.

Вне струи (г>Го), например при ее вытекании из капилляра в воздух, напряженность поперечного электрического поля

ErinQsnrolr. (2.43)

В проводящей жидкости или жидкости низкой проводимости внутри цилиндра возникают вследствие индукции и поляризации объемные заряды противоположного знака, что приводит к возникновению объемных поперечных сил, стабилизирующих жидкость, однако /у 2 = 0 при

zeVy = zeVy.

При остановке возникнет поперечный ток проводимости и заряды будут скомпенсированы. Чем ниже проводимость, тем длительнее эффект их существования. В проводящих средах поперечные токи будут особенно кратковременны.

Таким образом, между слоями (а таких слоев может быть несколько по сечению цилиндра жидкости) возникнут электрические силы (силы Кулона)

Fr (055ед - РдаГед)7еое (Ar) (2.44)

составляющие значительные величины, так как Аг мало и составляет переходную область между слоями. Однако природа этих электростатических сил будет определяться не только электрокинетическими эффектами в пограничных слоях, но и другими явлениями, в частности трибоэлектричества , когда поверхности раздела заряжаются различными знаками. Электростатическое притяжение, возникающее между цилиндрическими слоями в дви-

жущейся жидкости, возможно, лежит в основе механизма стабилизации струи в ламинарном режиме.

Силы поверхностного натяжения. По-видимому, другим фактором, стабилизирующим струю жидкости до определенных значений скорости являются радиальные силы поверхностного натяжения Fr, определяемые для каждого цилиндрического слоя выражением

Fr = 2а/г, (2.45)

где г - расстояние от центра потока до соответствующего слоя. Величина а может снижаться при наличии электрического поля, приводящего к ослаблению молекулярных сил, например при больших скоростях потока. При рТо.г значение Qs, п увеличивается.

В заключение этого раздела отметим следующее. Прандтль [119] уже в начальный период развития теории и экспериментальных исследований в области турбулентности отмечал, что турбу-лизация потока происходит чрезвычайно легко, если вводить жидкость через пористую среду, причем неустойчивость потока, его турбулизация возникают даже при чрезвычайно малых количествах поступающей таким образом жидкости в том месте, где эта жидкость вводится . Этот эффект легко объясняется, если принять во внимание, что введение жидкости через пористую среду сопровождается выносом объемного электрического заряда двойного слоя, нарушающего электрическое равновесие потока.

Глава 3. Природные водные объекты

3.1. Природа вариаций естественных электрических и магнитных полей в океанах, морях и водоемах суши

Кроме измерения теллурических токов, в течение двух последних десятилетий для определения векторов течений нашло широкое распространение измерение напряженности электрического поля, возникающего при движении морской воды в магнитном поле Земли (индукционный эффект). Начиная с 1962 г. вертикальная структура естественного электрического поля водной толщи исследовалась в различных районах Мирового океана (рис. 3.1). Полученные данные показали, что на вариации электрического поля существенное влияние оказывают гидродинамические возмущения поверхности, наличие течений и интенсивные вариации рН. Можно полагать [66], что основными факторами, определяющими вертикальную структуру электрического поля, могут быть: а) магнито-гидродинамический, б) концентрационный, в) биоэлектрический, г) суспензионный. По оценкам [66], магнитогидродинамический и