Effect of Charge Relaxation Effect on Electromagnetic Radiation Intensity of Oscillating Viscous Liquid Drop

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Theoretical asymptotic methods have shown that the electric charge relaxation effect affects the physical characteristics of the electromagnetic radiation of the oscillating charged droplet. Analytical expressions are obtained for frequencies, decrements of attenuation of capillary oscillations of droplets due to viscous attenuation and energy losses on radiation. It has been shown that the frequencies of electromagnetic radiation of cloud droplets, realized in the ranges of hundreds of kilohertz and megahertz units, decrease with an increase in the radius and charge parameter of the emitting droplet, as well as attenuation decrements associated with radiation. Intensity of emission of electromagnetic waves decreases with decrease of electrical conductivity and mobility of charges in liquid.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. I. Grigoryev

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the RAS

Author for correspondence.
Email: grigorai@mail.ru
Russian Federation, Moscow

N. Yu. Kolbneva

Demidov Yaroslavl State University

Email: kolbneva-nata@yandex.ru
Russian Federation, Yaroslavl

S. O. Shiryaeva

Demidov Yaroslavl State University

Email: shir@uniyar.ac.ru
Russian Federation, Yaroslavl

References

  1. Kalechits V.I., Nakhutin IE, Poluektov P.P. On the possible mechanism of radio emission of convective clouds // Dokl. AN USSR, 1982, vol. 262, no.6, pp. 1344–1347.
  2. Shiryaeva S.O., Grigoriev A.I., Golovanov A.S., Rybakova M.V. Electromagnetic radiation generated by linear vibrations of a charged drop // ZhTF, 2002, vol.72, no. 1S, pp. 8–14.
  3. Grigor’ev A.I., Shiryaeva S.O. Electromagnetic radiation of an oscillating charged drop of finite conductivity // Izv. RAS. Fluid&Gas Mech., 2002, no. 5, pp.74–80.
  4. Shiryaeva S.O., Grigoriev A.I., Kryuchkov O.S. On oscillations of a charged drop of viscous liquid with final conductivity // ZHTF, 2007, vol. 77, no.6, pp.13–21.
  5. Bogatov N.A. Electromagnetic field generated by capillary oscillations of drops // VI Int. Conf. “Solar-Earth Connections and Physics of Earthquake Precursors.” Petropavlovsk-Kamchatsky, FEB RAS. Abstracts. 2013. pp.22–26.
  6. Belonozhko D.F., Grigoriev A.I. On the correct form of recording the law of preserving the amount of matter at the moving interface of two liquid media // ZHTF, 2004, vol.74, no. 11, pp. 22–27.
  7. Belotserkovsky A.V., Divinsky L.I. Active-Passive Radar of Thunderstorm and Menacing Foci in the Clouds. St. Petersburg: Hydrometeoizdat, 1992. 286 p.
  8. Kachurin L.G. Physical Basis of Impact on Atmospheric Processes. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1990. 463 p.
  9. Gorelik AG, Kozlov A.I., Sterlyadkin V.V. Scattering of radio waves on non-spherical and oscillating rain drops // Sci. Vest. MSTU GA, 2012, no. 176, pp. 25–30.
  10. Zhukov V.Yu., Shchukin G.G. Recognition of weather hazards in modern meteorological radar // Problems of Prisoner of War Geophysics and Monitoring of the State of the Natural Environment: Materials All Russian Sci. Conf. SPb.: 2020. pp. 40–50.
  11. Grigoriev A.I., Shiryaeva S.O. Etudy about a Thunderstorm. Lights of St. Elm, the Glow of Tornadoes, Different Lightning. Moscow;Berlin: Durect-MEDIA. 223 p.
  12. Sterlyadkin V.V. Full-scale measurements of precipitation drop oscillations // Izv. USSR AS. FAO, 1988, vol.24, no.6, pp. 613–621.
  13. Beard K.V., Tokay А. A field study of small raindrop oscillations // Geophys. Res. Lett., 1991, vol.18, no.12, pp. 2257–2260.
  14. Naife A.H. Methods of Perturbation. Moscow: Mir, 1976. 455 p.
  15. Lazaryants A.E., Shiryaeva SO, Grigoriev A.I. Scalarization of Vector Boundary Problems. Moscow: Russines, 2020. 140 p.
  16. Arfken G. Mathematical Methods in Physics. Moscow: Atomizdat, 1970. 712 p.
  17. Varshalovich D.A., Moskalev A.N., Kherson V.K. Quantum Theory of Angular Momentum. Leningrad: Nauka, 1975. 436 p.
  18. Abramowitz M, Steegan I. Handbook of Mathematical Functions. Moscow: Nauka, 1979. 830 p.
  19. Rayleigh. On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity // Phil. Mag., 1882, vol.14, pp.184–186.
  20. Grigor’ev A.I. On some regularities of the implementation of instability of a highly charged viscous drop // ZHTF, 2001, vol.71, no.10, pp.1–7.
  21. Mazin I.P., Hrgian AH, Imyanitov I.M. Clouds and Cloud Atmosphere. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1989. 647 p.
  22. Grigor’ev A.I., Kolbneva N.Yu., Shiryaeva S.O. On the effect of the liquid viscosity relaxation effect on the electromagnetic radiation intensity of an oscillating charged drop // Colloid J., 2023, vol.85, no. 4, pp. 483–501.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependence of the natural frequency of capillary oscillations of a viscous charged cloud droplet: a: on its radius R; curves 1-4 correspond to values W = 0.1, 2, 3, 3.9; b: on the value of the Rayleigh parameter W; curves 1-4 correspond to values R = 5, 10, 15, 20 μm. The calculations were carried out using formula (5.2) at n = 2, σ = 73 dyne/cm, ρ = 1 g/cm3, ν = 0.01 cm2/s, ε1 = 80, γ = 1 - 106 SGSE, b = 300 SGSE.

Download (19KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the decrement of attenuation of capillary oscillations of a viscous cloud droplet with charge Q = 2 - 10-5 SGSE (~ 0.06Qkr at R = 3 μm and ~ 0.002Qkr at R = 30 µm) from: a: radius R (a) curves 1-4 correspond to values ν = 0.01, 0.03, 0.05, 0.1 cm2/s; b: kinematic viscosity coefficient ν, curves 1-4 correspond to values R = 5, 10, 15, 20 µm. Calculations were carried out by formula (5.14) at the same values of parameters as in Fig. 1.

Download (17KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of Mn (t) amplitudes of different modes of perturbation of the equilibrium shape of a viscous cloud droplet with charge Q = 2 - 10-5 SGSE (~ 0.06Qkr at R = 3 μm and ~ 0.03Qkr at R = 5 μm) on time t. a - n = 2, b - n = 5. Curves 1-3 correspond to values R = 3, 4, 5 μm. Calculations were carried out by formula (5.16) at the same values of parameters as in Fig. 1.

Download (16KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the decrement of attenuation of capillary oscillations of a drop of radius R = 5 μm with charge Q = 2 - 10-5 SGSE (~ 0.03Qkr) on the mode number n. The calculations were carried out by formula (5.14) at the same values of parameters as in Fig. 1.

Download (10KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Temporal evolution of the amplitude M2 (t) of the main mode of the n = 2 perturbation of the equilibrium shape of a drop of radius R = 5 μm with charge Q = 2 - 10-5 SGSE (~ 0.03Qcr), corresponding to the charge-relaxation aperiodic motion of the liquid. Calculations were carried out by formula (5.17) at the same values of parameters as in Fig. 1.

Download (9KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the magnitude of the capillary oscillation attenuation decrement correction associated with the emission of electromagnetic waves of a drop of radius R = 10 μm and charge Q = 2 - 10-5 SGSE (~ 0.01Qcr) on the specific conductivity γ. Calculations were carried out by formula (5.15) at the same parameter values as in Fig. 1.

Download (10KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the magnitude of the capillary oscillation attenuation decrement correction associated with the emission of electromagnetic waves of a drop of radius R = 10 μm and charge Q = 2 - 10-5 SGSE (~ 0.01Qcr) on the charge carrier mobility b. Calculations were carried out by formula (5.15) at the same values of parameters as in Fig. 1.

Download (11KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the correction of the decrement of the capillary oscillation attenuation decrement associated with the emission of electromagnetic waves of a charged cloud droplet on the value of the Rayleigh parameter W. a - ε1 = 80, b - ε1 = ∞, c - ε1 = 0; curves 1-3 correspond to the values of R = 26, 28, 30 μm. The calculations were carried out by formula (5.15) at the same values of parameters as in Fig. 1.

Download (27KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependence of the intensity of electromagnetic radiation I of a charged drop of an ideally conducting liquid on the Rayleigh parameter W (a) and radius R (b). a: Curves 1-3 correspond to values R = 26, 28, 30 µm. b: Curves 1-3 correspond to values W = 2, 2.5, 3. Calculations were performed using formula (5.4) at n = 2, σ = 73 dyne/cm, ρ = 1 g/cm3.

Download (15KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Dependence of the intensity of electromagnetic radiation I of a charged drop of an ideally conducting liquid on the Rayleigh parameter W, plotted according to [1].

Download (11KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Dependence of the electromagnetic radiation intensity I of a charged viscous drop of finite electrical conductivity on the Rayleigh parameter W (a) and radius R (b). The calculations were carried out at the same parameter values as in Fig. 1.

Download (15KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».