ВПЛИВ ПЛАЗМИ НА ПОВЕРХНЕВИЙ НАТЯГ РІДИНИ

 

І.І. Федірчик, О.А. Недибалюк, В.Я. Черняк, Є.В. Мартиш

 

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Під час проведення досліджень плазмово-рідинної системи «ТОРАНДО-РЕ» наукова група зафіксувала вплив плазми електричного розряду на поверхневий натяг рідини. Спостереження за зміною  бульбашок, які утворювалися на поверхні зануреного у воду електроду в результаті електролізу, дозволили припустити, що сила поверхневого натягу води зменшується на її межі з плазмою.

Для дослідження цього ефекту проведено експеримент з впливу плазми електричного розряду на рідини різної в’язкості та провідності. Як джерело плазми в експерименті використано коронний розряд. Цей розряд, на відміну від згаданої вище плазмово-рідинної системи, створює плазму з температурою важкої компоненти близькою до кімнатної, що дозволяє уникнути зміни поверхневого натягу рідини внаслідок її нагріву. Вістря виготовлене з вольфрамової дротини діаметром 0,1 мм. Краплину рідини розміщено під вістрям на круглій пластині з нержавіючої сталі діаметром 30 мм. Полярність корони в системі є негативною: вістря є катодом,  пластина є заземленою. Кожна робоча рідина розглянута при кількох значеннях відстані між вістрям та пластиною. Досліджено як діелектричні так і провідні рідини: форвакуумне масло, рапсова олія, вода та біогліцерол. Об’єм крапель для всіх рідин є однаковим.

При увімкненні коронного розряду над форвакуумним маслом та рапсовою олією, які є діелектриками, зафіксовано подрібнення краплини рідини на велику кількість набагато менших краплин та їх розповзання по всій поверхні металевої пластини. У випадку форвакуумного масла пластина повністю покрилася краплинами рідини. Після гасіння розряду малі краплини знову стягнулися та об’єдналися у більші за розміром.

При увімкненні розряду над краплиною води на її поверхні зафіксовано прогин рідини, причиною якого може бути електронний вітер з вістря. Під впливом зарядів вода випарувалася швидше ніж за їх відсутності.

Вплив плазми коронного розряду на краплину біогліцеролу проявився у зменшенні її об’єму та зростанні в’язкості. Найімовірніше це спричинено випаровуванням води, яка міститься у біогліцеролі. Окрім цього не зафіксовано подрібнення речовини на краплі чи появу прогину поверхні, які спостерігалися у попередніх рідин.

Для кожної робочої рідини виміряно вольт-амперні характеристики розряду на п’яти різних відстанях між вістрям та пластиною: 5 мм, 7 мм, 10 мм, 12,5 мм та 15 мм.  Форми ВАХ слабко залежать від робочої рідини. Головною відмінністю між характеристиками для різних зразків є зміна напруги, яка необхідна для підтримки горіння розряду.

Експеримент показав, що заряджені частинки які утворені в плазмі впливають на силу поверхневого натягу рідини. Найсильнішим був вплив на форвакуумне масло та рапсову олія, які є яскраво вираженими діелектриками. Вплив на провідні рідини був слабким.

 

Подяка

Дану роботу виконано за часткової підтримки Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Міністерства освіти і науки України та Національної академії наук України.