Показанный на фото хоровод тысяч микроскопических капелек вокруг крупной капли-прародительницы отдаленно напоминает кольца Сатурна. Схожесть, однако, только визуальная. Плоские капельные кольца — это результат необычного гидродинамического эффекта во внешнем электрическом поле. Столь сложную структуру авторы смогли получить простейшими манипуляциями. В емкость с касторкой они ввели каплю силиконового масла и включили сильное вертикально направленное электрическое поле напряженностью несколько киловольт на сантиметр. Обе жидкости примерно одинаковой плотности и очень вязкие, поэтому капля может свободно висеть в центре камеры. Однако у них разные диэлектрические проницаемости и разные проводимости (они, хоть очень плохо, но ток проводят). И в результате под действием внешнего электрического поля капелька поляризуется, а вокруг и внутри нее самой запускаются медленные вихревые течения.
В обычном случае это приводит к давно известному эффекту электроспрея. Течения на поверхности капли циркулируют от экватора к полюсам, а потом ныряют вглубь капли. Капля вытягивается вдоль поля и принимает веретенообразную форму. Ее концы заостряются, и в какой-то момент с них начинает либо вытягиваться микроскопическая струйка, либо идти поток столь же микроскопических капелек. Этот процесс встречается в природе (например, в грозовом облаке), а также широко используется в исследованиях и индустрии (масс-спектроскопия биологических молекул, производство порошков и т. п.).
Эффект электроспрея: последовательные этапы вытягивания микроскопической струи сильным электрическим полем из слабопроводящей вязкой жидкости.
Авторы новой статьи, подобрав подходящую комбинацию жидкостей, сумели поменять направление вихрей на противоположное. В таком «эффекте электроспрея наоборот» приповерхностные течения шли от полюсов капли к экватору, так что капля сплющивалась, принимала линзообразную форму. А дальше эти же течения вытягивали из капли на уровне экватора плоский кольцевой слой микроскопической толщины. Этот слой разбивался сначала на ровные концентрические кольцевые нити, а они, в свою очередь, рассыпались на отдельные капельки. В результате от исходной крупной капли послушно распространялся во все стороны плоский слой микроскопических капелек. На фотографии показан вид сверху на результат этого процесса через 1 секунду после включения поля:
«Эффект электроспрея наоборот»: плоский слой капель, вытянутых с экватора крупной капли внешним электрическим полем. Вид сверху.
А здесь приведено детальное изображение края капли:
Структуры, возникающие в ходе описанного эффекта.
Авторы работы подчеркивают несколько важных свойств этого эффекта. Во-первых, в отличие от обычного эффекта спрея, здесь капли получаются незаряженными: ведь заряды скапливаются на полюсах исходной капли, а микроскопические капельки вытягиваются с экватора, там, где зарядов нет. Во-вторых, процесс легко контролировать, запускать и останавливать. После выключения поля капля-донор возвращается к своей сферической форме, а сатурноподобные кольца остаются рядом (именно эта стадия показана на исходном изображении). В-третьих, капельки получаются на редкость одинаковые. Более того, их размером можно управлять, изменяя вязкость жидкости с помощью добавок. В целом, помимо нового симпатичного явления и красивых снимков, авторы продемонстрировали новый удобный технологический процесс для быстрой и контролируемой эмульсификации вязких жидкостей.
Источник https://elementy.ru/kartinka_dnya/389/Khorovod_iz_kapel
Это интересно
+1
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Ответы на детские вопросы про "Лунную Афёру"
(1)
kauperwud
,
28.02.2022
20240419180455