115
оформление теории образования дисперсной фазы в пересыщен-
ном паре, основы которой были заложены Гиббсом, Фольмером,
и затем доведены Беккером и Дëрингом до формы, которая мно-
гим исследователям показалась допускающей сопоставление с
экспериментом. Несколько позже Френкель в свое время под-
черкивал чисто качественный характер классической теории, но
это не остановило ни
многочисленных экспериментаторов, ни
специалистов по применению математического формализма,
стремившихся внести усовершенствования в теорию, не задумы-
ваясь ни о ее соответствии реальным экспериментальным объек-
там, ни о чувствительности расчетных параметров к всевозмож-
ным поправкам. Создатели классической теории нуклеации от-
давали себе отчет в существовании таких теоретически нераз-
решимых (по крайней мере
до самого последнего времени)
трудностей, как сложность идентификации статистико-
механических параметров с термодинамическими, выражаемы-
ми через феноменологические, как сложность размерных эффек-
тов этих последних величин».
Попытаемся перечислить основные направления развития
теории гомогенной нуклеации после классического периода:
1. Развитие статистических теорий гомогенной нуклеации,
предполагающих широкое использование представлений и ме-
тодов физики малых
агрегатов–кластеров, что снимает трудно-
сти феноменологического характера при описании процесса;
2. Лоте и Паунд (1962) предложили радикально пересмот-
реть термодинамические результаты Гиббса, являющиеся со-
ставной частью классической теории. Предложенная ими иная
термодинамическая схема расчета работы по образованию кри-
тических зародышей увеличивает расчетные значения скорости
нуклеации в 10
17
÷10
18
раз. В настоящее время у этой теории ос-
талось довольно мало сторонников и последователей.
3. Развитие варианта теории на основе методов термодина-
мики необратимых процессов (группа авторов, 60-е годы 20-го
века). Существенно новых результатов получено не было.
4. Понимание чрезвычайной сложности и многообразия
процессов при гомогенной конденсации пересыщенных паров,
необходимость новой
классификации протекающих процессов и
нахождения в ней места классической теории, попытка форму-
116
лировки в целом новой физико-математической модели явления
(неизотермичность процессов, явление истощения пара, волно-
вой характер процесса нуклеации, учет до- и закритических кла-
стеров, «быстрая» и «медленная» нуклеация, роль коагуляции в
процессах нуклеации и т.д.).
Таким образом, в настоящее время можно констатировать,
что результаты классической феноменологической теории мож-
но
рассматривать как частный случай описания явления в целом
–
они удовлетворительно описывают процесс медленной нук-
леации в практически стационарных квазиравновесных условиях
.
Гетерогенная конденсация пара
Условия, необходимые для гетерогенной конденсации.
Расче-
ты показывают, что спонтанная нуклеация водяного пара при
обычных температурах возможна только при
5
S
, что совер-
шенно нереально для земных атмосферных условий. Но также
известно, что уже при относительной влажности в 30% в атмо-
сфере начинается образование жидкокапельного водного аэро-
золя. Причиной данного процесса является наличие в атмосфере
так называемых
ядер конденсации, а процесс образования на них
как на уже готовых зародышах капелек воды связан с
гетеро-
генной конденсацией паров
.
Теория гетерогенной нуклеации имеет большую и интерес-
ную историю развития. В ней также можно выделить стадии
термодинамического и статистического анализа, но она сложнее
и многограннее теории гомогенной нуклеации, так как в ней
приходится учитывать разнообразные физико-химические и
электрические свойства ядер конденсации, являющихся уже го-
товой затравкой для конденсационного процесса.
Полезный об-
зор результатов (в особенности для так называемых смачивае-
мых растворимых ядер) имеется в статье Куни и др. (2001) и в
учебном пособии Щекина и др. (2002).
Как и в случае гомогенной конденсации, для начала процес-
са гетерогенной конденсации требуется
пересыщение пара, ко-
торое, однако, значительно меньше вследствие наличия уже го-
тового зародыша – ядра конденсации. Если сконденсировавшие-
ся пары растворили ядро конденсации, то их давление над по-