Исследование роста льда из водного раствора электролита во внешнем электрическом поле

ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА ЛЬДА ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА ЭЛЕКТРОЛИТА ВО ВНЕШНЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

© А.А. Казаков, М.А. Желтов, А.А. Леонов, С.С. Столбенников, А.А. Шибков

Основные результаты исследования влияния внешнего неоднородного электрического поля на рост льда в водных растворах №С1 и в морской воде состоят в следующем. (1) В неоднородном электрическом поле кристаллы льда зарождаются спонтанно не на границах системы, как в отсутствие поля, а на случайных центрах в объеме раствора. (2) Время ожидания спонтанного термодинамически необратимого роста кристаллов льда уменьшается на два-три порядка в зависимости от переохлаждения и составляет несколько секунд. Обнаруженный эффект уменьшения времени существования переохлажденной воды означает, что поле уменьшает размер критического зародыша, т. е. оказывает влияние на термодинамику кристаллизации на стадии зародышеобразования. (3) Растущие кристаллы вытянутой формы ориентируются перпендикулярно силовым линиям электрического поля. (4) Помимо кристаллов обычной формы (дендриты, иглы, ветки) при сравнительно небольших переохлаждениях (от -0,1 до -5 °С) наблюдаются кристаллы других форм: стержни, диски, их комбинации в виде кристаллов в форме гриба и т. д. (5) Данные эффекты влияния электрического поля особенно явно проявляются в случае роста льда в морской воде. Обнаружено, что поле су-

щественно искажает структуру растущего кристалла в виде ветки. Во-первых, в неоднородном поле ветка становится несимметричной: длина ее лучей со стороны большего поля меньше периферийных лучей, т. е. поле уменьшает скорость роста льда при заданном переохлаждении. Во-вторых, наблюдается эффект огибания разветвленной игольчатой структуры области с большей напряженностью поля. Это означает, что электрическое поле подавляет неустойчивость фазовой границы лед-вода в направлении градиента модуля напряженности поля.

Таким образом, экспериментально установлено, что неоднородное электрическое поле с градиентом до ~1 кВ/см2 оказывает существенное влияние как на стадию зародышеобразования, так и на кинетику и морфогенез макрокристаллов льда, растущих в водных растворах №С1 и морской воде. Полученные результаты позволяют использовать электрическое поле для управления ростом кристаллов льда и других диэлектриков из расплава.

БЛАГОДАРНОСТЬИ: Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 04-02-16143 и Министерства образования РФ, грант № Е02-3.4-113.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ЭФФЕКТА САВАРА-МАСОНА С ДИНАМИКОЙ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПОЛОС В СПЛАВАХ А1-М§

© А.А. Шибков, М.А. Лебедкин, М.А. Желтов, Р.Ю. Кольцов, А.В. Шуклинов, Д.В. Михлик, А.Е. Золотов

Появление ступеней на кривых деформирования в мягкой испытательной машине алюминиево-магниевых сплавов, латуни и некоторых других металлов хорошо известно из литературы и носит название эффекта Савара-Масона. В настоящей работе установлено, что каждый макроскопический скачок пластической деформации заряженного образца АМг2 и АМг3 сопровождается генерированием импульса электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) вблизи поверхности образца. Форма фронта импульсов ЭМЭ и их полярность оказалась зависящей от формы фронта скачков пластической деформации и связана с их тонкой временной структурой [1].

Видеофильмирование полированной поверхности деформируемого образца показывает, что скачки деформации обусловлены зарождением и распростране-

нием вдоль образца нескольких (от 2 до 8) макроскопических полос деформации. Первые полосы зарождаются, как правило, в центральной части, реже у галтелей образца вблизи концентраторов напряжения (ступенек или царапин на ребрах кристалла). Первоначально, по данным видеофильмирования, они имеют ширину около 1 мм. Затем полосы расширяются за счет движения их границ вдоль образца. Когда ширина полосы в направлении растяжения достигает высоты рабочей части образца, последний продолжает деформироваться макроскопически однородно. Типичные средние скорости перемещения границ полос находятся в пределах от 1 до 10 см/с в зависимости от уровня действующего напряжения.

Синхронное видеофильмирование распространения деформационных полос и измерение сигнала ЭМЭ