Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Droplets levitate på en pute av blått lys

Anonim

Forskere i Frankrike har oppdaget en ny måte å levitere flytende dråper på, noe som overraskende også skaper et mini lys-show, med dråpen gnist som det flyter over et svakt, blått glødende gap.

annonse


Beskrevet denne uken i journalen Applied Physics Letters, fra AIP Publishing, kan arbeidet tilby en billig ny måte å generere en frit flyttbar mikroplasma på, samt gi innblikk i grunnleggende fysikkspørsmål.

Den flytende effekten ligner Leidenfrost levitation - hvor dråper danser på en varm damppute. Men ved å skape dampen med en sterk strøm av elektrisitet i stedet for varme fant forskerne at de kunne ionisere gassen i et plasma som glødde et mykt blått lys.

"Denne metoden er sannsynligvis en enkel og original måte å lage et plasma på, " sa Cedric Poulain, en fysiker ved den franske alternative energien og Atomic Energy Commission. Poulain spekulerer på at deformasjonen av en væskedråpe ville la forskerne rive opp en enhet for å flytte plasmaet langs en overflate, men han innrømmer at slike applikasjoner var langt fra hans og hans kollegaers sinn når de først tenkte forsøket.

Først ønsket forskerne å utforske grensene for analogien mellom det kokende fenomenet og vannelektrolyse, som er oppbrytning av vann i hydrogen og oksygengasser med en elektrisk strøm.

Som et eksempel på kokende oppførsel beskrev Poulain saken om en væskedråpe på overflaten av en varm panne. Hvis panntemperaturen er like over 100 grader Celsius, vokser dråpene og vanndampboblene på panneoverflaten. Men hvis pannen er veldig varm (over 280 grader Celsius), dannes en pute av damp mellom dråpen og pannen, leviterer dråpen og hindrer kontakt mellom det flytende vannet og pannen, et fenomen som kalles Leidenfrost-effekten. "Dette er et klassisk" bestemor "triks for å teste temperaturen på en panne, " sa Poulain.

Teamet lurte på om en lignende overgang eksisterer i tilfelle av vannelektrolyse. Analysen interesserte forfatterne, fordi de studerer en begivenhet kalt "kokende krise" i atomkraftverkets dampgeneratorer. Hvis kjernen i en atomreaktor blir for varm, kan bobler i kjølevannet plutselig sammenfalle for å danne en dampfilm som begrenser ytterligere varmeoverføring og fører til en farlig temperaturøkning.

En pute av damp fra en strøm av elektrisitet

I deres laboratorium utviklet Poulain og hans kolleger en oppstilling for å drive strøm gjennom ledende dråper og film dråperens oppførsel ved høy hastighet. De suspenderte en liten dråpe svak saltsyre, som fører strøm, over en metallplate og påført en spenning over dråpen. Når dråpen rørte på platen, begynte elektrisitet å strømme, og vannet i saltsyreoppløsningen begynte å bryte ned i hydrogen og oksygen.

Over 50 volt begynte bunnen av dråpen å gniste. Det levitated, stiger over overflaten av platen, og en svak blå glød stammer fra gapet.

I begynnelsen trodde forskerne at dråpen kanskje hviler på en pute av hydrogengass fra oppbrudd av vann, men videre analyse viste at gassformet pute faktisk var mest vanndampet av energi fra elektrisk strøm.

Den blå lysemisjonen var uventet og sannsynligvis det mest spennende trekk ved eksperimentet, sa laget. Selv om femti volt er en relativt lav spenning, forklarte Poulain at det lille gapet mellom dråpet og metallplaten er det som gir opp til det meget høye elektriske feltet som er nødvendig for å generere et langsiktig og tett plasma med liten energi.

Utforske det blå lyset

Forskerne planlegger å analysere sammensetningen av plasmagelaget. De sier det synes å være en superposisjon av to typer plasma som ikke er godt forstått. De vil også studere den raske dynamikken på bunnen av dråpen, akkurat som gnistene begynner å fly, noe som bør gi ytterligere innsikt i plasmaet.

Selv om plasmadynamikken kan virke langt fjernet fra problemet med filmkoking i kjernereaktorer, er Poulain glad for den banen den nysgjerrighetsdrevne forskningen har tatt laget.

"Det er veldig spennende, " sa han om lagets forgang til plasma levitation.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av American Institute of Physics (AIP) . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Cedric Poulain, Antoine Dugue, Antoine Durieux, Nader Sadeghi og Jerome Duplat. Plasma levitasjon av dråper . Applied Physics Letters, 11. august 2015 DOI: 10.1063 / 1.4926964