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飞机飞行时为什么会产生一条长长的白色“尾巴”?

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在生活中我们经常会看见这样一个现象:飞机在天空中飞行时,尾部经常会拖着一条长长的白色“尾巴”,但是在某些时候却又没有,那么这条白色的“尾巴”到底是什么,又是怎么产生的?

飞机飞行时为什么会产生一条长长的白色“尾巴”?

飞机产生的这条白色的“尾巴”被称为“尾迹云”,它的主要成分和普通的云差别不大,都是一些细小的冰晶组成,这些冰晶通过对阳光进行反射和折射,于是让我们看见了这样一条白色的长线。那么为什么飞机飞过后又会形成这些小冰晶呢?

尾迹云的形成原理

燃料燃烧产生水分

航空飞机使用的燃料主要是航空煤油,航空煤油的主要成分是一些烃类物质(碳和氢形成的化合物)CH3(CH2)nCH3(n为11~19),航空煤油相比于汽油来说,分子量更大,更不易挥发,物理性质比较稳定,能在较低温下不凝固。煤油在与氧气发生燃烧反应时,不仅会产生二氧化碳,还会产生一定的水分,这些水分作为飞机尾气排出时,在较低的环境下,则有可能会形成小冰晶凝固并生长。

飞机飞行时为什么会产生一条长长的白色“尾巴”?

飞机飞行的高度一般处于一万米左右,而温度随着海拔的升高而降低,在飞机飞行所处的大气层气温通常处于零下三十到零下六十度之间,温度越低,水的蒸气压越低,水越容易液化和固化,有相关研究表明,通常温度在低于零下四十摄氏度时,更有利于尾迹云的产生。所以这也是为什么飞机飞过后,有时会产生尾迹云,有时候又不会。

飞机飞行时为什么会产生一条长长的白色“尾巴”?

排放的尾气颗粒以及气流的扰动促进了空气中的水蒸气形成小冰晶

在生活中,我们大多数人都知道,温度越低,水越容易凝固,其实影响水的凝固行为因素有很多,还包括气压、水中的气泡、水流等等。水的在凝固时,首先需要形成一些微小的冰晶核,但液态的水形成冰晶核时又产生了新的表面,这个时候表面能就增加了,物体体积越小,比表面积越大,那么增加相同的体积情况下,冰晶越小需要的能量越大,所以在刚开始形成冰晶时,需要突破一个临界半径点,我们把这个临界半径称之为临界形核半径,形成临界形核半径时的温度并不会等于液体的凝固点,通常会比凝固点的温度还要低。临界晶核形成之后水会不断地在晶核上生长,形成大的冰晶,这个时候总的能量是降低的,因此凝固速度会迅速加快。在临界晶核形成过程中,任何能量的波动都会影响水气的凝固行为,而飞机飞行时会强烈的扰动周边空气,这就为空气中的水气形成临界晶核提供了有利条件,于是,在水气处于过饱和的区域,飞机的流过会导致大量的冰晶出现并迅速生长成较大的冰晶。

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另一方面,飞机燃料燃烧所排放的尾气中就含有一些细小的微粒,而这些微粒为冰晶的生长提供了帮助,由于有了这些微粒,水分凝结便不需要从零开始形成小冰晶,只需直接在这些微粒的表面进行生长即可,因此也就不需要突破这样一个能量势垒,促进了冰晶的形成。或许有些人听过过冷水这个概念,过冷水一般使用的是较纯净的水,同时装水的容器表面也很光滑,在这种情况下,水可以在0℃以下依旧是液态,但当我们搅动或者倒出来时,由于能量波动促进了水溶液中晶核的形成,于是开始迅速凝固,这个原理与尾迹云的形成原理类似。

飞机飞行时为什么会产生一条长长的白色“尾巴”?

 总结

以上就是关于尾迹云形成的主要原因,简单来说,尾迹云实际上是飞机飞过后会产生的小冰晶所形成的,飞机飞行过程中会从多方面影响冰晶的形成,一个是燃料本身燃烧产生的水气凝结,一个是飞机的飞行影响了该区域中水分的结晶行为。

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