背景
1897 年威爾遜(T . R . Wilson) 將過濾了的純潔空氣引人膨脹雲室內,使之絕熱冷卻到過飽和f=800%時才有十分細小的霧滴形成。如果有荷電質點(離子)存在時,當f = 600%在正離子上有霧滴形成, 當f=4 00 %時在負離子上有霧滴形成?而在未曾過濾混有雜質的空氣中,只要有不大的過飽和(f = 101 一110%),有時甚至在未飽和的情況下(f< 100%) 也有凝結產生。原因是在未過濾的空氣中,懸浮有大量的雜質可作為凝結核心。在沒有任何雜質的潔淨空氣中, 霧梢的形成是由於分子的熱運動所致。當水汽分子作不規則運動時,某些分子就會相互碰撞而形成一種極微小的液相胚淌。這種胚滴到達某一臨界尺度肘,它將繼續存在和成長,亦即變成富有生命力的胚滴了。這種過程即稱為自生凝結過程。
尼康德諾夫(8 貝.HHKaHAPOB.1959 )對水滴和冰品的自發形成過程進行了比較詳細的研究。他指出,由於不規則的分子熱運動,使得大氣中的水汽分子形成許多各種大小不穩定的締合物(H20) 11 這些締合物在熱運動影響下會分崩離散或者再度形成締合物。當在巨大的過飽和條件下,水汽即以這些分子締合物為凝結中心自發形成水滴(或) 。有上述現象可以看出:大氣中產生凝結的必要條件之一是凝結核的存在。
過程描述
大氣中總是含有大量的各種各樣的懸浮質點,有固體,也有液體,有帶電的,也有不帶電的,有能吸附水而為水所潤濕的,也有不能吸附水的。能吸附水的質點在吸附水之後,在核的外部乃形成一層水膜,猶如水滴一般,它們在凝結過程中起著水滴的作用。這種水滴的尺度比自生凝結過程中所產生的水滴要大得多,因此它們在過飽和度不大的空氣中能繼續"活下去"並不斷增長。有一類核,不但吸濕, 而且能溶於水,例如吸濕性鹽核
本身就是一種溶質,當它吸水之後, 核表面就形成了一層溶液膜,從而使核表面的飽和水汽壓降低,因此,即使在未飽和的空氣中,在它上面也可以產生凝結。如果核具有毛細管孔隙,則當它吸水後,在管內遂形成四形面,由於四面飽和水汽壓小於平麗飽和水汽壓, 因而減低了開始發生凝結所需要的過飽和,使木汽容易凝結於其上。幾能作為凝結中心的小質點,通常稱為凝結核。
對於可溶性核而言,不論帶電與否,均應分成兩個階段討論。第一階段:從水汽凝結開始到凝結核全部溶解為止,這是飽和溶液階段;第二階段: 所形成的水滴半徑繼續增犬,溶液乃開始稀釋。在此階段中, 溶液濃度是不斷改變的,但是只要知道凝結核的大小和溶質的種類,便不難決定稀釋後的濃度。
下圖表示在可溶性核上的凝結過程:1 是凝結核;2 是凝結開始後某一時刻,核上已包有一層水膜;3 是
凝結核剛好全部溶完,此時被捕為該種核物質的飽和溶液;4是凝結繼續進行,水滴溶液已稀釋。