2
,
4
∙
10
−
8
см. Капля таким радиусом содержит всего две молекулы воды,
а молекулярное образование с двумя молекулами воды — это димер.
Конечно, димер нельзя рассматривать как каплю воды и, следователь-
но, нельзя сделать вывод, что в рассматриваемом случае центрами
конденсации являются именно димеры. Однако в данных условиях
центры конденсации — малые кластеры воды.
До момента расширения существует некое равновесное распреде-
ление кластеров по размерам, которое зависит от температуры и кон-
центрации воды, причем зависимость от концентрации молекул очень
сильная: концентрация димеров пропорциональна квадрату концен-
трации воды, а концентрация, например, октамеров пропорциональна
восьмой степени концентрации воды. Поэтому изменения концентра-
ции молекул воды всего в 2–3 раза приводят к кардинальным измене-
ниям распределения кластеров по размерам на момент начала расши-
рения в камере Вильсона.
В процессе расширения температура падает, кластеры начина-
ют возрастать, но до своего стационарного распределения они не
успевают вырасти, в противном случае распределение кластеров по
размерам, и, соответственно, возможность спонтанной конденсации
определялись бы только конечным состоянием — температурой после
расширения и концентрацией водяных паров, а в итоге — степе-
нью перенасыщения после расширения. Возможность конденсации
должна была определяться только конечным состоянием и не должна
была зависеть от начального состояния. В эксперименте спонтанная
конденсация зависит и от начальной концентрации, и от начальной
температуры, что свидетельствует о нестационарном характере про-
цесса.
Типичная осциллограмма поглощения и рассеяния света образую-
щимся туманом при спонтанной конденсации водяного пара в чистом
воздухе без лазерного излучения представлена на рис. 2. В таких усло-
виях происходит быстрая и практически полная конденсация воды.
Интересен и важен вопрос о размере частиц тумана, на котором
рассеивается зондирующий луч. Для выяснения были проведены спе-
циальные эксперименты по измерению коэффициента рассеяния на
различных длинах волн излучения, для чего использовались твердо-
тельные лазеры, излучающие в диапазоне значений 400. . . 600 нм. Из-
вестно, что рэлеевское рассеяние на частицах размерами, меньшими
длины волны рассеиваемого света, пропорционально
λ
−
4
. Для сфери-
ческих частиц размерами, большими, чем длина волны, теория Ми да-
ет постоянное значение сечения рассеяния, вдвое превышающее зна-
чение геометрического, поперечного сечения частиц [16]. Измерения,
в которых в качестве источников подсветки применялись различные
58
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2014. № 3
