Picăturile de apă tind să se ‘destrame’ într-un fel de ceață electrizată atunci cand iau contact cu un câmp electric puternic – fapt constatat în cazul furtunilor cu descărcări electrice.
Cu cât este mai puternic câmpul electric, cu atât este mai probabil ca o picătură de apă să se transforme în vapori fini, încărcați electric.
Cercetătorii de la MIT (Massachusetts Institute of Technology) au prezentat o formulă simplă, despre care pretind că poate prezice exact puterea necesară unui câmp electric pentru a ‘rupe’ o picătură de apă. Acest fapt, cred ei, va sta la baza unor noi tehnologii de propulsie spațială și de purificare a aerului sau a apei.
„Înainte de acest studiu, cercetătorii au trebuit să efectueze simulări computerizate intensive pentru a evalua stabilitatea unei picături electrizate”, a declarat Justin Beroz, absolvent MIT și autor al studiului. „Cu ajutorul ecuației noastre se poate anticipa imediat starea picăturii de apă, cu un calcul ce poate fi efectuat doar cu hârtie și creion.”
Ce se întâmplă înaintea destrămării picăturilor de apă
Picăturile formează mici sfere, datorită tensiunii superficiale. Totuși, în prezența altor forțe, cum ar fi un câmp electric, ele tind să-și piardă forma. În timp ce tensiunea superficială atrage moleculele de apă spre interior, alte forțe acționează în sens opus.
Atunci când câmpul electric este suficient de puternic, picătura de apă nu va putea găsi o formă prin care să poată echilibra ambele forțe. Ea va deveni instabilă și se va ‘sparge’.
Pentru a investiga momentul în care picătura de apă se destramă, cercetătorii au efectuat un experiment în care picăturile sunt distribuite pe o placă metalică electrificată. A fost folosită o cameră video de mare viteză pentru a observa cum picăturile de apă își schimbă forma înainte să ‘explodeze’.
Beroz a studiat diferiți parametri ai picăturilor de apă supuse unor câmpuri electrice cu intensități diferite. Concluzia a fost că absolut toate picăturile își schimbă forma, indiferent de dimensiuni.
Volumul contează
Cercetătorii au formulat ecuația folosind doar parametrii „ficși”, fără a lua în considerare înălțimea picăturii de apă.
„În ultimii 100 de ani, cercetările asupra picăturilor de apă luau în calcul înălțimea acestora. Dar, pe măsură ce o picătură se deformează, înălțimea ei se schimbă și, prin urmare, complexitatea matematică a problemei va crește exponențial. Pe de altă parte, volumul picăturii rămâne neschimbat, indiferent de modul în care se deformează în câmpul electric”.
Noua formulă descoperită utilizează cinci parametri: raza, volumul, tensiunea superficială, intensitatea câmpului electric și conductivitatea electrică a aerului înconjurător.
Cercetătorii susțin că formula va fi folosită pentru a dezvolta tehnici cum ar fi electrosolizarea (electrospraying), folosită pentru a extrage biomolecule dintr-o soluție, și chiar pentru a propulsa sateliții în spațiu.
Studiul a fost publicat în Physical Review Letters de către American Physical Society.
Citește și: Navele spațiale din viitor ar putea funcționa cu apă
1 Comments