تبدیل یک قطره روغن رسانا به یک "سیاره کیوان مینیاتوری"

* دانشمندان با الکتریکی کردن قطره‌های شاره توانسته‌اند نمونه‌ی مینیاتوری سیاره‌ی کیوان (زحل) را پدید آورند.

این "سیاره"ی مینیاتوری اگرچه باشکوه است، ولی ارزشش بیش از آنست که تنها از دید زیبایی‌شناسی به آن نگاه کنیم: این دستاورد می‌تواند به پدید آوردن روش‌های تازه‌ای برای تولید ذرات میکروسکوپی و یکنواخت و پوشش‌هایی که اغلب برای محصولاتی مانند دارو، جوهر، مواد آرایشی، رنگ، و و سرامیک به کار می‌رود بیانجامد.

پس از به کار بردن یک تپ الکتریکی، حلقه‌هایی از ریزقطره‌ها در راستای استوای قطره پدید آمد.

هنگامی که یک قطره‌ی رسانای الکتریکی در یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرد، در واکنش با آن، دو قطب بار الکتریکی پدید می‌آورد. پژوهش گذشته نشان داده که این قطب‌ها می‌توانند به سوی چشمه‌های میدان الکتریکی کشیده شده و شکلی مخروطی به دست آورند. اگر کشش به اندازه‌ی کافی نیرومند باشد، نوک این مخروط‌ها می‌تواند فواره‌هایی از قطره‌های ریز به بیرون بیافشاند.

هنگامی که یک میدان الکتریکی بر یک قطره‌ی
روغن سیلیکون در روغن کرچک اعمال شود،
قطره می‌تواند تخت شده (مانند دانه‌ی اسمارتیز)
و حلقه‌هایی از ریزقطره‌ از استوای
خود بیرون بزند.

در اغلب آزمایش‌های مربوط به این پدیده که به نام الکتروافشانی (electrospraying) شناخته می‌شوند، قطره‌هایی از مایع با شاره‌هایی که رسانایی الکتریکی کمتری دارند در بر گرفته می‌شوند. در این پژوهش تازه، پتیا ولاوفسکا، مهندس دانشگاه نورث‌وسترن در اوانستون ایلینوی و همکارانش به بررسی این پرداختند که اگر مایع در شاره‌ای با رسانایی کمتر غوطه‌ور شود چه رخ می‌دهند- در اینجا، قطره‌های روغن سیلیکون در روغن کرچک.

در پژوهش‌های گذشته دریافته بودیم که اگر یک قطره‌ی رسانا که درون شاره‌ای با رسانایی کمتر است، در میان دو صفحه‌ی الکتریکی (دو الکترود) قرار گیرد، قطب‌هایش بار الکتریکی مخالف بار الکتریکی صفحه‌ها می‌گیرند. در الکتریسیته، قطب‌های مخالف یکدیگر را جذب می‌کنند در نتیجه قطب‌های قطره‌ به بیرون (به سوی صفحه‌ها) کشیده شده و دو مخطروط‌ می‌سازند که نمایی مانند توپ فوتبال آمریکایی به قطره می‌دهد.

این یافته‌های تازه نشان می‌دهند که اگر رسانایی یک قطره کمتر از پیرامونش باشد، قطب‌هایش همنام الکترودها می‌شود. از آنجایی که دو قطب همنام یکدیگر را دفع می‌کنند، به گفته‌ی ولاوفسکا، "این پس‌زَنی میان الکترودها و قطره باعث می‌شود قطره شکلی مانند اسمارتیز پیدا کند."

ولاوفسکا می‌گوید آنها دریافته‌اند که اگر میدان الکتریکی به اندازه‌ی کافی نیرومند باشد. استواهای این قطره‌های "لهیده" حلقه‌هایی هم‌مرکز از ریزقطره‌ها پدید آورده و ساختاری مانند پیکره‌ی سیاره‌ی کیوان به قطره می‌دهند. در آزمایش‌ها، قطره‌های روغن سیلیکون که حدود ۱ میلیمتر پهنا داشتند، ریزقطره‌هایی پدید آوردند که حدود ۱۰۰ برابر کوچک‌تر بود.

ولاوفسکا می‌گوید: «من از این واقعیت که حلقه‌ها از قطره جدا شدند شگفت‌زده شدم- به هیچ وجه انتظار چنین چیزی را نداشتم.»

به گفته ی ولاوفسکا، آنها توانستند حلقه‌هایی را به شیوه‌ای بسیار مهارپذیر (قابل کنترل) پدید بیاورند: «می‌توانید هر زمان که خواستید جریان را خواموش و روشن کنید.»

در پژوهش‌ آینده موادی که برای پدید آوردن این "حلقه‌ی ذرات" می‌توانند به کار گرفته شوند بررسی خواهد شد. ولاوفسکا می‌گوید: «هر چه گوناگونی این مواد گسترده‌تر باشد، دامنه‌ی کاربردها بزرگ‌تر خواهد بود.»

هنگامی که یک میدان الکتریکی بر یک قطره‌ی روغن سیلیکون در روغن کرچک اعمال شود، قطره می‌تواند تخت شده (مانند اسنارتیز) و حلقه‌هایی از ریزقطره‌ از استوای خود بیرون بزند.

گزارش یافته‌های ولاوفسکا و همکارش، کوئنتین (کونتا) بروسو از دانشگاه نیویورک، روز ۲۰ ژوییه در نگارشِ برخطِ نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر خواهد شد.

--------------------------------------------

تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

electrify - fluid - ringed planet - Saturn - aesthetic - microscopic - drug - ink - cosmetic - paint - ceramic - conductive - electric field - pole - electrospraying - Petia Vlahovska - Northwestern University - Evanston - Illinois - liquid - silicone oil - castor oil - electric charge - cone - football - electrode - M&M - Live Science - equator - concentric ring - Quentin Brosseau - New York University - Physical Review Letters

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان