Hostname: page-component-7b7567c8c-lpg2g Total loading time: 0 Render date: 2026-11-15T18:12:38.393Z Has data issue: false hasContentIssue false

Charge Separation by Collision of Ice Particles on Metals: Electronic Surface States

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Othmar Buser
Affiliation:
Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung, CH-7260 Weissfluhjoch-Davos, Switzerland
Claude Jaccard
Affiliation:
Institut de Physique, Université de Neuchâtel, CH-2000 Neuchâtel, Switzerland
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The charge separation of ice particles colliding with metals was investigated in a wind tunnel (air speed 10 m/s) at a temperature of —45°C for different metals as a function of an applied external electric field. The ice particles (to μm radius) collided with the metal target at a rate of 105 per second. The charge separation produced by different metals can be explained by the contact potential difference between the metal and the ice introducing electronic surface states on the ice. A lower limit for their density (1016m–2) is found. The influence of the electric field is explained by an interaction between Bjerrum defects and the electrons of the metal, the transfer probability depending on the charge in the surface states.

Résumé

Résumé

La séparation de la charge électrique pendant un choc entre des particules de glace et une sonde de métal est mesurée dans un tunnel aérodynamique (vitesse du vent 10 m/s) à une température de –45°C, pour différents métaux, en fonction d'un champ électrique extérieur. Le nombre de particules de glace (10 μm) heurtant le cylindre de métal s'élève à 105 par seconde. La séparation de charge provoquée par les divers métaux est expliquée par la différence du potentiel de contact entre la glare et le métal, en introduisant des états de surface électroniques dans la glace. La limite inférieure de leur densité est estimée à 1016 m–2. L'influence du champ électrique est expliquée par une interaction entre des défauts de Bjerrum et des électrons du métal, la probabilité de transfert dépendant de la charge dans les étals de surface de la glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Ladungstrennung beim Stoss von Eispartikeln mit Metallen wurde in einem Windkanal (Windge-schwindigkeit 10 m/s) bei einer Temperatur von —45°C für verschïedene Metallo in Abhängigkeit eines äusseren elektrischen Feldes untersucht. Die Stossrate der Eisparlikel (10 μm Radius) auf den Metallzylinder betrug 105 pro Sekutide. Die Ladungstrennung hervorgerufen durch verschiedene Metalle konnte mit der Potenlialdifferenz Metall-Kis erklärt werden, wozu elektronische Oberflächenzustande beim Eis eingeführt wurden. Die untere Grenze ihrer Dichte wurde zu 1016m–2 bestimmt. Der Einfluss des elektrischcn Feldes wird mit der Wechselwirkung zwischen Bjerrumfehlern und Metallelektronen erklärt, wobei die Übergangs-wahrscheinliekeit von der Ladung in den Oberflächenzuständen abhängt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978
Figure 0

Fig.1.Experimental set-up.

Figure 1

Table IExperimental Conditions and Collision Parameters

Figure 2

Table IIUnits used for Dimensionless Quantities

Figure 3

Fig. 2.Definition of potential in metal and ice.

Figure 4

Fig. 3.JE plotted against Vs/or Mg.

Figure 5

Table IIIValues of the Parameters

Figure 6

Fig. 4.Linear representation of Equation (9) for different metals (part 1).

Figure 7

Fig. 5.Linear representation of Equation (9) for different metals (part 2).

Figure 8

Fig. 6.Relation between η and JE0.