С тех пор, как американский эрудит Бенджамин Франклин выложил терминологию в 1748, и французский физик Чарльз-Огюстен де Куломб развил закон, это было очевидно: Объекты с противоположными электрическими зарядами – положительный и отрицательный – привлекают друг друга. Но новое наблюдение помещает поворот на это понятие.
Противоположно наполненные капельки жидкости взаимно привлекают, все же те с большим сильным ударом нагрузки друг от друга. Результаты могли вызвать пересмотр прежнего мнения некоторых важных производственных процессов, таких как электростатическое разделение воды от сырой нефти.Странное явление было обнаружено случайно.
В 2005 инженер-химик Уильям Ристенпарт из Калифорнийского университета, Дэвис, изучал результаты электрического заряда на капельках воды, приостановленной в нефти. Когда две противоположно заряженных капельки приближаются к друг другу, они привлекают.
Поскольку капельки являются гибкими, натяжение искажает их, приводя к каждому формированию формы, названной конусом Тейлора на его поверхности. Обычно конусы затрагивают для формирования моста между тогда сливающимися капельками. Но когда Ристенпарт непреднамеренно провернул нагрузку слишком высоко, капельки не только не слились, они подпрыгнули друг от друга. «Я думал, что это было захватывающим и очень запутывающим», говорит он.
Этот пункт требует программного расширения Вспышки (версия 8 или выше). JavaScript нужно также позволить в Вашем браузере.Загрузите последнюю версию свободного программного расширения Вспышки.
Две капельки заставляют отскочить назад и вперед в высокой прочности электрическую область.Кредит:W. Д. Ристенпарт и др., 2009
Ристенпарт и коллеги Эндрю Белмонте, Джейки Бирд и Говард Стоун провели 3 года в лаборатории Стоуна, затем в Гарвардском университете, исследуя тайну. Раствор, это оказывается, включает точную форму конусов Тейлора.
Используя быстродействующее видео, бригада Ристенпарта обнаружила что, если капельки несут низко или умеренные нагрузки, произведенные электрическим полем определенной силы, то конусы относительно коротки и широки с большим углом в их вершинах. Однако, если капельки высоко наполнены, то они надевают друг друга так сильно, что конусы становятся высокими и тощими с маленьким углом в их наконечниках.То различие является ключевым, потому что, когда две капельки затрагивают, внешнее электрическое поле становится незначительным при контакте. Это означает это, зависит ли слияние снижений полностью от формы крошечного моста жидкости между ними.
Если мост сделан из коротких, широких конусов, то поверхностное натяжение жидкости имеет тенденцию сплачивать снижения для создания одной большой капельки. Но если мост состоит из двух узких конусов, то поверхностное натяжение задерживает жидкость к отдельным капелькам и заставляет мост ломаться.
Без электрической силы, скрепляющей капельки, они оживляются друг от друга, отчеты бригады завтра по своей природе. Фактически, исследователи нашли, что существует «критический угол» – и следовательно «критическая нагрузка» – выше которого капельки отказываются сливаться.Открытие, вероятно, объясняет, почему нефтяная промышленность не была в состоянии достигнуть больших полезных действий в электростатическом удалении воды от сырой нефти, Ристенпарт говорит, процесс, использовавшийся в течение почти века, хотя он добавляет, что процесс чрезвычайно трудно наблюдать из-за непрозрачности нефти.Результаты являются «ошеломляющими», говорит физик Фридер Муджел из университета Twente в Энсхеде, Нидерланды.
Результаты могут иметь последствия во множестве заявлений, он говорит, такие как живопись, производство синтетических волокон и выполнение масс-спектрометрии, для обозначения некоторых, которые зависят от точного контроля крошечных капелек жидкости, увеличенной электрическими полями. Это также возможно, он говорит, что этот результат играет роль в формировании дождевых туч, с точки зрения того, как хорошо их составляющие капельки водяного пара цепляются вместе, хотя в этом случае «потенциальное влияние [исследование] более трудно судить».