Обнаружен физический эффект, предсказанный больше века назад

Ученые из Технического университета Ильменау в Германии с помощью высокоскоростной микросъемки обнаружили так называемые "струи Рэлея", образующиеся при потере стабильности заряженными капельками жидкости. Существование таких струй было предсказано извест В настоящее время электрически заряженные капельки жидкости широко используются в промышленности и различных устройствах - от струйных принтеров до некоторых видов масс-спектрометрии. Группа ученых из Ильменау заинтересовалась проблемой "струй Рэлея" в контексте проводимых исследований грозовых туч, которые как раз и состоят из сильно заряженных капелек жидкости.

Лорд Рэлей в свое время показал, что электрически заряженные капельки остаются стабильными только в том случае, если их радиус превышает так называемый "предел Рэлея". Этот предел устанавливает максимальный заряд, который может нести капелька с определенным значением силы поверхностного натяжения и радиусом. Рэлей предположил, что при потере стабильности заряженной капелькой она деформируется - из сферической становится эллиптической - и из противоположных ее концов "выстреливаются" микроскопические струйки жидкости. Это продолжается до тех пор, пока капелька не возвратится в равновесное состояние.

Предшественники ученых из Ильменау, исследовавшие данную проблему ранее, проводили эксперименты с медленно испаряющимися заряженными капельками, которые по достижении определенного предела становились нестабильными и теряли часть электрического заряда. При этом масса их уменьшалась весьма незначительно, и оставалось неясным, соответствует ли момент утраты капельками стабильности достижению ими "предела Рэлея". Считалось также, что капелька теряет заряд, не претерпевая при этом значительных трансформаций как целого.

Чтобы внести ясность в проблему, немецкие исследователи заставили парить в электрическом поле пары из капелек этиленгликоля. Изначально их радиус составлял 58 микрон. По мере испарения он уменьшался, приближаясь к "пределу Рэлея" (в данном случае он составлял примерно 24 микрона). При этом удалось обнаружить, что капельки в самом деле вытягивались и из сферических становились эллиптическими - как и предсказывал лорд Рэлей. Как только предел достигался, из противоположных концов капелек выстреливались тончайшие струйки, масса жидкости в которых составляла примерно одну сотую массы самой капельки. Удалось наблюдать струи из капелек, радиус которых в точности соответствовал пределу Рэлея - сам лорд считал, что они могут возникать лишь при заряде, значительно превышающем предел стабильности. Теперь ободренные успехом исследователи намереваются продолжить эксперименты с различными типами жидкости и при различных температурах.

Источник: по материалам Physics Web.