К влиянию эффекта релаксации заряда на интенсивность электромагнитного излучения осциллирующей капли вязкой жидкости

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Теоретическими асимптотическими методами показано, что эффект релаксации электрического заряда влияет на физические характеристики электромагнитного излучения осциллирующей заряженной капли. Получены аналитические выражения для частот, декрементов затухания капиллярных осцилляций капель из-за вязкого затухания и потерь энергии на излучение. Показано, что частоты электромагнитного излучения облачных капель, реализующиеся в диапазонах сотен килогерц и единиц мегагерц, уменьшаются с увеличением радиуса и зарядового параметра излучающей капли, как и декременты затухания, связанные с излучением. Интенсивность излучения электромагнитных волн снижается при уменьшении электропроводности и подвижности зарядов в жидкости.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Григорьев

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: grigorai@mail.ru
Россия, Москва

Н. Ю. Колбнева

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Email: kolbneva-nata@yandex.ru
Россия, Ярославль

С. О. Ширяева

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Email: shir@uniyar.ac.ru
Россия, Ярославль

Список литературы

  1. Калечиц В.И., Нахутин И.Е., Полуэктов П.П. О возможном механизме радиоизлучения конвективных облаков // Докл. АН СССP. 1982. Т. 262. № 6. С. 1344–1347.
  2. Ширяева С.О., Григорьев А.И., Голованов А.С., Рыбакова М.В. Электромагнитное излучение, генерируемое линейными колебаниями заряженной капли // ЖТФ. 2002. Т. 72. № 1.С. 8–14.
  3. Григорьев А.И., Ширяева С.О. Электромагнитное излучение осциллирующей заряженной капли конечной проводимости // Изв. РАН. МЖГ. 2002. № 5. С.74–80.
  4. Ширяева С.О., Григорьев А.И., Крючков О.С. Об осцилляциях заряженной капли вязкой жидкости с конечной проводимостью // ЖТФ. 2007. Т. 77. № 6. С.13–21.
  5. Богатов Н.А. Электромагнитное поле, генерируемое капиллярными колебаниями капель // Сб. тез. докл. VI Международной конф. ”Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений“. Петропавловск-Камчатский, ДВО РАН. 2013. С.22–26.
  6. Белоножко Д.Ф., Григорьев А.И. О корректной форме записи закона сохранения количества вещества на движущейся границе раздела двух жидких сред // ЖТФ. 2004. Т. 74. № 11. С.22–27.
  7. Белоцерковский А.В., Дивинский Л.И. Активно-пассивная радиолокация грозовых и грозоопасных очагов в облаках. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. 286 с.
  8. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 463 с.
  9. Горелик А.Г., Козлов А.И., Стерлядкин В.В. Рассеяние радиоволн на несферических и осциллирующих дождевых каплях // Науч. вест. МГТУ ГА. 2012. № 176. С. 25–30.
  10. Жуков В.Ю., Щукин Г.Г. Распознавание опасных явлений погоды в современной метеорологической радиолокации // Проблемы военноприкладной геофизики и контроля состояния природной среды : материалы VI Всерос. науч. конф. СПб. 2020. С. 40–50.
  11. Григорьев А.И., Ширяева С.О. Этюды о грозе. Огни св. Эльма, свечение воронок смерчей, разные молнии. М.;Берлин: Durect-MEDIA, 223 с.
  12. Стерлядкин В.В. Натурные измерения колебаний капель осадков // Изв. АН СССР. ФАО. 1988. Т. 24. № 6. С. 613–621.
  13. Beard K.V., Tokay А. A field study of small raindrop oscillations // Geophysical research letters. 1991. V. 18. № 12. P. 2257–2260.
  14. Найфе А.Х. Методы возмущений. М.: Мир, 1976. 455 с.
  15. Лазарянц А.Э., Ширяева С.О., Григорьев А.И. Скаляризация векторных краевых задач. М.: Русайнс, 2020. 140 с.
  16. Арфкен Г. Математические методы в физике. М.: Атомиздат, 1970. 712 с.
  17. Варшалович Д.А., Москалев А.Н., Херсонский В.К. Квантовая теория углового момента. Л.: Наука, 1975. 436 с.
  18. Абрамовиц М., Стиган И. Справочник по специальным функциям. М.: Наука, 1979. 830 с.
  19. Rayleigh. On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity // Phil. Mag. 1882. V. 14. P. 184–186.
  20. Григорьев А.И. О некоторых закономерностях реализации неустойчивости сильно заряженной вязкой капли // ЖТФ. 2001. Т. 71. № 10. С.1–7.
  21. Мазин И.П., Хргиан А.Х., Имянитов И.М. Облака и облачная атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 647 с.
  22. Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. О влиянии эффекта релаксации вязкости жидкости на интенсивность электромагнитного излучения осциллирующей заряженной капли // Коллоидный ж. 2023. Т. 85. № 4. С.483–501.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость собственной частоты капиллярных осцилляций вязкой заряженной облачной капли: а: от ее радиуса R; кривые 1–4 соответствуют значениям W = 0.1, 2, 3, 3.9; б: от величины параметра Релея W; кривые 1–4 соответствует значениям R = 5, 10, 15, 20 мкм. Расчеты проведены по формуле (5.2) при n = 2, σ = 73 дин/см, ρ = 1 г/см3, ν = 0.01 см2/с, ε1 = 80, γ = 1 · 106 СГСЭ, b = 300 СГСЭ.

Скачать (19KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость декремента затухания капиллярных осцилляций вязкой облачной капли c зарядом Q = 2 · 10−5 СГСЭ (~ 0.06Qкр при R = 3 мкм и ~ 0.002Qкр при R = 30 мкм) от: а: радиуса R (а) кривые 1–4 соответствуют значениям ν = 0.01, 0.03, 0.05, 0.1 см2/с; б: коэффициента кинематической вязкости ν, кривые 1–4 соответствует значениям R = 5, 10, 15, 20 мкм. Расчеты проведены по формуле (5.14) при тех же значениях параметров, что на рис. 1.

Скачать (17KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость амплитуд Mn (t) различных мод возмущения равновесной формы вязкой облачной капли c зарядом Q = 2 · 10−5 СГСЭ (~ 0.06Qкр при R = 3 мкм и ~ 0.03Qкр при R = 5 мкм) от времени t. а – n = 2, б – n = 5. Кривые 1–3 соответствуют значениям R = 3, 4, 5 мкм. Расчеты проведены по формуле (5.16) при тех же значениях параметров, что и на рис. 1.

Скачать (16KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость декремента затухания капиллярных осцилляций капли радиуса R = 5 мкм c зарядом Q = 2 · 10−5 СГСЭ (~ 0.03Qкр) от номера моды n. Расчеты проведены по формуле (5.14) при тех же значениях параметров, что на рис. 1.

Скачать (10KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Временная эволюция амплитуды M2 (t) основной моды n = 2 возмущения равновесной формы капли радиуса R = 5 мкм с зарядом Q = 2 · 10−5 СГСЭ (~ 0.03Qкр), соответствующая зарядово-релаксационному апериодическому движению жидкости. Расчеты проведены по формуле (5.17) при тех же значениях параметров, что на рис. 1.

Скачать (9KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость величины поправки декремента затухания капиллярных осцилляций, связанного с излучением электромагнитных волн капли радиуса R = 10 мкм и заряда Q = 2 · 10−5 СГСЭ (~ 0.01Qкр), от удельной проводимости γ. Расчеты проведены по формуле (5.15) при тех же значениях параметров, что на рис. 1.

Скачать (10KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость величины поправки декремента затухания капиллярных осцилляций, связанного с излучением электромагнитных волн капли радиуса R = 10 мкм и заряда Q = 2 · 10−5 СГСЭ (~ 0.01Qкр), от подвижности носителей заряда b. Расчеты проведены по формуле (5.15) при тех же значениях параметров, что на рис. 1.

Скачать (11KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость поправки декремента затухания капиллярных осцилляций, связанного с излучением электромагнитных волн заряженной облачной капли, от величины параметра Релея W. а – ε1 = 80, б – ε1 = ∞, в – ε1 = 0; кривые 1–3 соответствуют значениям R = 26, 28, 30 мкм. Расчеты проведены по формуле (5.15) при тех же значениях параметров, что на рис. 1.

Скачать (27KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость интенсивности электромагнитного излучения I заряженной капли идеальной идеально проводящей жидкости от параметра Релея W (а) и радиуса R (б). а: Кривые 1–3 соответствуют значениям R = 26, 28, 30 мкм. б: Кривые 1–3 соответствуют значениям W = 2, 2.5, 3. Расчеты проведены по формуле (5.4) при n = 2, σ = 73 дин/см, ρ = 1 г/см3.

Скачать (15KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость интенсивности электромагнитного излучения I заряженной капли идеальной идеально проводящей жидкости от параметра Релея W, построенная по [1].

Скачать (11KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимость интенсивности электромагнитного излучения I заряженной вязкой капли конечной электропроводности от параметра Релея W (а) и радиуса R (б). Расчеты проведены при тех же значениях параметров, что на рис. 1.

Скачать (15KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024