Name: La Preparación de electrohidrodinámicos Puentes de Polar dieléctricas Líquidos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: Aprende a crear puentes líquidos electrohidrodinámicos entre recipientes con líquidos polares usando electrodos de platino y alto voltaje. Este método permite estudiar estabilidad, patrones de flujo y radiación térmica con aplicaciones en ciencia de materiales.

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Este trabajo se realizó en el marco de cooperación de TTIW Wetsus, centro de excelencia para la tecnología del agua sostenible (www.wetsus.nl). Wetsus está financiado por el Ministerio de Asuntos Económicos, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional de la Unión, la provincia de Frisia, la ciudad de Leeuwarden y el programa EZ / Compás de la &#39;Samenwerkingsverband Noord-Nederland &quot;holandés. Los autores quieren dar las gracias a los participantes en el tema de investigación &quot;Física Aplicada de agua&quot; para las discusiones fructíferas y su apoyo financiero.

1. Recomendaciones generales <ol><li> Usar guantes sin polvo desechables en todo el set-up del experimento para evitar la contaminación por el sudor o grasa de las manos. </li><li> Limpiar todo el material de vidrio, electrodos y cualquier otra parte que en contacto con el líquido en estudio, con especial atención para evitar la introducción de contaminantes que pueden disolver en la fase líquida. </li><li> Usando un medidor de conductividad, medir la conductividad eléctrica del líquido que se utilizará en el experimento y confirmar que es ≤1 S / cm. </li></ol> 2. Configuración Experimental <ol><li> Sistema de puente Horizontal (Figura 1a) <ol><li> Colocar un par de plataformas ajustables en altura sobre una superficie no conductora nivel. Fijar una plataforma en su lugar y montar la otra plataforma en una etapa de traslación lineal motorizado que tiene un recorrido mínimo de 25 mm. </li><li> Placas aislantes seguros (Figura 1a, parte j) a the superficie superior de las plataformas ajustables. Utilice placas que son de gran tamaño para que sobresalgan las plataformas por lo menos 10 mm en todos los lados aislante. Usa materiales comunes tales como teflón, acrílico o vidrio de la ventana. Elija el espesor para evitar ruptura con la tensión máxima prevista. </li><li> Conecte la fuente de alimentación de alta tensión (Figura 1a, parte m) de acuerdo con las instrucciones del fabricante. </li><li> Pinzas de soldadura hasta el final tanto de la alta tensión y cables de tierra. </li><li> Sujetar un extremo de un brazo de soporte construido a partir de material aislante rígido sobre un anillo de pie con la varilla aislante que sobresale horizontalmente sobre las plataformas aislantes. </li><li> Monte los cables de tierra y alta tensión de los brazos de soporte, ya sea utilizando varias vueltas de cinta aislante, lazos de alambre de nylon, u otros medios adecuados para las pinzas de cocodrilo sobresalen hacia abajo por encima de las plataformas aisladas. </li><li> Clip un electrodo de platino (Figura 1a, parte k) En cada una de las dos pinzas de cocodrilo. </li><li> Coloque los brazos de soporte de manera que el cable de alta tensión está por encima de la plataforma fija y el cable de tierra está por encima de la plataforma móvil. </li></ol></li><li> Sistema de puente vertical (Figura 1b) <ol><li> Acople una abrazadera no conductor a una etapa de traslación lineal de modo que la pinza puede viajar un mínimo de 25 mm. Utilice esta pinza para sujetar el vaso (Figura 1b, parte i) que se conectará al cable de tierra. </li><li> Montar esta asamblea a una estructura de soporte rígida vertical. </li><li> Acople una abrazadera no conductor similar en la línea y por debajo del soporte en la etapa de traslación lineal. Utilice esta abrazadera para sujetar el recipiente que se conecta al cable de alta tensión. </li></ol></li><li> Hacer un &quot;palo muerto&quot; (Ver Figura 1c para ilustración) <ol><li> Obtenga una pieza de material rígido no conductor, tal como una varilla de vidrio o de plástico de 30-40 cm de largo (Figura y# 160; 1c, parte p). </li><li> Coloque un pedazo de metal conductor de 10-15 cm de longitud (Figura 1c, parte q) a un extremo de la varilla utilizando varias vueltas de cinta eléctrica (Figura 1c, parte r) aplicado de una manera entrecruzada o de otro material de fijación. </li><li> Utilice la opción &quot;dead-stick&quot; para salvar los electrodos de alta tensión y de tierra con el extremo metálico después de la fuente de alimentación está desconectada para asegurar que el circuito se descarga antes de equipos de manipulación. </li></ol></li></ol> 3. Operación de puentes líquidos <ol><li> Puentes líquidos horizontales <ol><li> Llene cada recipiente (Figura 1a, parte i) con suficiente líquido para poner la superficie dentro de 1-5 mm de la boquilla vaso de precipitados o llanta. Para los vasos (diámetro 60 mm) usados ​​en esta demostración, usar 67 g de líquido para el agua, 74 g de DMSO, o 84,4 g de glicerol. </li><li> Coloque los 2 buques en la plataforma aislante tal que Physcamente en contacto entre sí en una sola ubicación, como los picos de vertido, pero el borde de pared recta también funcionará. </li><li> Ajuste las alturas de plataforma para que el líquido sólo se comunicará con el electrodo de platino y no la pinza o alambre. Preste atención a la alineación vertical, de manera que el puente resultante es nivelado horizontalmente. </li><li> Coloque los electrodos de platino en los vasos llenos de líquido por lo que son un mínimo de 15 mm desde la posición de contacto donde se formará el puente. NOTA: Típicamente, los electrodos se colocan entre el centro de la embarcación y el más alejado de la pared desde donde los dos vasos hacen contacto. </li></ol></li><li> Vertical Bridges líquidos <ol><li> Utilice dos recipientes limpios, cerrados con un puerto de líquido como se muestra en la Figura 1b, parte i. </li><li> Llene cada vaso con el líquido que se estudia de manera que no queden burbujas de aire atrapadas. </li><li> Inserte un electrodo (Figura 1b, parte k) en cada recipiente y cerrar el cap para mantener el líquido en su lugar. </li><li> Montar los dos recipientes cerrados en las abrazaderas no conductores (véase 2.2) de manera que las aberturas apuntan uno hacia el otro. </li><li> Añadir unas cuantas gotas de líquido a la abertura del tubo inferior de manera que una superficie líquida curvada sobresale unos milímetros por encima del borde de cristal. </li><li> Traiga el recipiente superior hacia abajo para que que haga contacto con el inferior formando un pequeño puente capilar. </li><li> Conectar la salida de alta tensión de la fuente de alimentación (Figura 1b, la parte M) al recipiente inferior (estacionario) terminal de electrodo y el suelo a la (traducción) recipiente superior. </li></ol></li><li> Operaciones de Alta Tensión <ol><li> Consideraciones generales <ol><li> Antes de seguir adelante confirman que todas las superficies están secas y de que ningún líquido piscinas, películas, o gotitas están presentes en las plataformas aislantes. </li><li> Antes de aplicar tensión al experimento confirman que no hay cortocircuitos y que no hay suelo pATHS presente que puede resultar en el personal o el equipo que entren en contacto con superficies energizadas. Asegúrese de seguir todos los procedimientos y observar las advertencias emitidas por el fabricante de la fuente de alimentación de alta tensión. En caso de duda buscar el asesoramiento de personal de seguridad eléctricos cualificados. </li><li> Establezca la polaridad de la fuente de alimentación (si es seleccionable) antes de suministrar energía. Típicamente, utilizar la polaridad del voltaje positivo ya que esto proporciona puentes más estables. NOTA: Polaridad negativa también se puede utilizar, pero tiende a producir efectos de carga de espacio pronunciadas que pueden afectar significativamente las propiedades físicas tanto del líquido dieléctrico 48 y afecta a la densidad de carga local en el área experimental debido a la diferencia funcional en que se hunde en lugar de abastecimiento de electrones bajo altos potenciales como exceso de carga se puede rociar sobre aislantes que rodea las estructuras de apoyo. </li><li> Abra el límite de corriente en la fuente de alimentación para proporcionar no más de 5-6 mA de corriente. </li></ol> &lt;/ Li&gt; <li> Elija uno de los dos perfiles de tensión que se pueden aplicar - rampa o paso. <ol><li> Utilice una rampa de tensión cuando la primera partida y las características de rendimiento del líquido no se conocen aún. <ol><li> Baje el límite de tensión en la fuente de alimentación para proporcionar 0 kV. </li><li> Activar la salida de la fuente de alimentación y lentamente comenzará a aumentar el límite de tensión a una velocidad de aproximadamente 250 V / seg. </li><li> Observar la tensión a la que se produce la ignición puente, este es el voltaje de umbral aproximado de encendido (V t). </li></ol></li><li> Utilice un escalón de tensión para aplicar rápidamente la tensión en el sistema. <ol><li> Establecer el límite de tensión de alimentación al valor deseado por encima del umbral de encendido que se determinó mediante el uso de una rampa de voltaje para el sistema de líquido bajo estudio (véase 3.3.2.1.3). </li><li> Activar la salida de la fuente de alimentación. NOTA: Un paso de tensión puede provocar un arco eléctrico y la expulsión de gotas y puede requerir varios sígundos antes se forma un puente estable. El arco eléctrico produce ozono y peróxido resulta en una mayor conductividad del líquido si se permite que persista durante más de unos pocos segundos. Se recomienda cambiar el líquido con material fresco si la formación de arcos es un problema. </li></ol></li></ol></li><li> Estabilizar el puente siguiente ignición. <ol><li> Confirmar puente de ignición mediante la observación de un flujo constante de líquido entre los dos recipientes. NOTA: Esto ocurrirá normalmente entre 8-10 kV y estará acompañado por conducción actual entre 250-500 μA dependiendo del líquido utilizado. </li><li> Sintonice el puente para la extensión mediante el aumento de la tensión de 10-15 kV con consumo de corriente ~ 1000 μA. NOTA: el valor real dependerá del líquido utilizado. </li><li> Extender el puente a una distancia de aproximadamente 1 mm por 1 kV de tensión aplicada, por ejemplo, 15 mm para 15 kV. Si es necesario, ajustar el puente más dependiendo de los requisitos del experimento. NOTA: A ca puente establen existir por muchas horas. </li></ol></li></ol></li><li> Procedimientos de apagado <ol><li> Apague el puente mediante la desactivación de la salida de la fuente de alimentación de alta tensión. Espere unos segundos para que los condensadores de la fuente de alimentación se descarguen y la lectura de tensión a caer a cero. </li><li> Utilice la opción &quot;dead-stick&quot; construida en el apartado 1.3 a corta las pinzas de soldadura antes de manipular cualquier pieza previamente energizadas. </li></ol></li></ol> 4. Imaging <ol><li> Proyección Fringe <ol><li> Preparar un plato franja binaria mediante la impresión de las rayas negras en una placa transparente y colocar esto a un difusor opalescente. Para este ejemplo, utilizar un A4 (es decir, 297 mm x 210 mm) Placa de franja. </li><li> Coloque la placa de franja en frente de una luz de fondo de modo que las franjas se proyectan sobre toda la instalación experimental. </li><li> Record ya sea imágenes fijas o películas de patrón de franjas utilizando cualquier número de cámaras digitales. </li><li> Controlar los cambios in la superficie del líquido, así como los cambios en la longitud del camino óptico del líquido subtiende mediante el análisis de las imágenes grabadas en 4.1.3. NOTA: Análisis cuantitativo de los cambios observados se realiza a través de la evaluación marginal utilizando diversos paquetes de software tales como el programa IDEA libremente disponibles 49. Los detalles y las consideraciones de análisis marginal específicos se discuten en otro 49-51. </li></ol></li><li> Imágenes termográficas <ol><li> Ajuste el rango dinámico de la cámara termográfica según las instrucciones del fabricante. NOTA: Típicamente, una calibración de dos puntos que abarca la gama de temperatura esperada es suficiente para proporcionar una buena resolución térmica. La mayoría de los puentes líquidos operan en el rango de temperatura de 20-50 ° C. </li><li> Realizar una corrección de emisividad y calibración de la temperatura por la formación de imágenes de la superficie abierta de un volumen del líquido en estudio a temperaturas adecuadas para el experimento. <ol><li> Llenar un recipiente idéntico alla utilizada en el montaje experimental con el líquido en estudio a temperatura ambiente. </li><li> Mida la temperatura del líquido utilizando un termosonda inmersión como un termopar tipo-K. </li><li> Grabar una imagen del líquido en el infrarrojo. </li><li> Elevar la temperatura del líquido a las temperaturas esperadas en el puente utilizando una placa caliente o microondas. NOTA: Esto es típicamente no más de 10 ° C por debajo del punto de ebullición del líquido (por ejemplo, 90 ° C para el agua). </li><li> Repita los pasos 4.2.2.2 y 4.2.2.3 para el líquido de elevada temperatura. </li></ol></li><li> Coloque la cámara ligeramente por encima de un puente horizontal y nivelada con un puente vertical para maximizar el área de superficie grabada. NOTA: debido a la fuerte absorción de mediano y largo radiación infrarroja de onda por la mayoría de los líquidos polares, sólo la distribución de la temperatura superficial será visible. </li><li> Infrarroja Registro del sistema de puentes que comienza antes de activar las salidas en el posuministro wer y continuando hasta que se concluyó el experimento o el buffer de la cámara está llena. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Los autores Dr. Mónica López Sáenz y Dr. Oliver Schreer son empleados de IRCAM GmbH que produce los instrumentos utilizados en este artículo. Los autores restantes declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

La formación exitosa de puentes líquidos EHD estables y robustas requiere prestar una atención a ciertos detalles sencillos pero importantes. Es esencial que la conductividad iónica de las soluciones ser tan baja como sea práctico (por ejemplo, 1-5 mS / cm). Tenga en cuenta que la contaminación del agua puede dar lugar a una mayor conductividad de ciertos líquidos polares (por ejemplo, glicerol). Lave toda la cristalería y prestar atención a un cuidadoso enjuague, utilice sólo cristalería libre de contaminación de la superficie o inducida arco marcas de quemaduras. En general es una buena práctica usar guantes al manipular cualquier equipo para evitar que los aceites de la piel y las sales de contaminar el experimento. Los electrodos se sometieron a ultrasonidos durante varios minutos en el disolvente en estudio y se recomienda que estos son &quot;-en quemados&quot; mediante la ejecución de un puente no extendido durante 30-45 min a altos valores de corriente (por ejemplo, 5.3 mA) para reducir el electrodo secundario reacciones. De alta pureza (por ejemplo,&gt; 99,9%metales nobles) funcionan mejor como materiales de electrodo y deben tener un área superficial suficiente para mantener bajas densidades de corriente del orden de 10 A / m² con el fin de reducir el calentamiento local. En el caso de los puentes que tienen poca estabilidad o que son difíciles para empezar, se recomienda confirmar primero la conductividad es ~ 1 S / cm y que no hay piscinas extrañas de líquido que pueden permitir una vía de corriente alterna. En general, se recomienda que todas las superficies sean lo más seco posible, presten especial atención a las películas delgadas que pueden formar entre los buques y las placas aislantes. Si la formación de arcos se produce una interrupción de potencia y reducir valor de la tensión vuelva a aplicar el poder como la formación de arcos sostenida dará como resultado la &quot;carbonización&quot; de las zonas afectadas que pueden reducir la estabilidad del puente o evitar la ignición puente todos juntos. Si se aplica energía al sistema por encima de la tensión umbral y no hay puente forma una varilla de vidrio aislante puede ser utilizado para extraer el líquido hacia arriba, hacia ªpuntos de contacto (por ejemplo, correos espitas cubilete) entre los dos buques. Si el sistema sigue comportándose de manera inestable limpiar el equipo y empezar de nuevo con el líquido fresco. En su defecto, se recomienda hacer un inventario de los alrededores como objetos grandes de metal, materiales que soportan la carga estática, o fuertes corrientes de aire pueden interrumpir el puente y / o el campo eléctrico que lo soporta. El sistema experimental se puede modificar fácilmente para adaptarse a los materiales comúnmente disponibles en la mayoría de los laboratorios. Los depósitos de líquidos pueden ser de casi cualquier material compatible y la atención especial debe ser pagado a la inflamabilidad del recipiente o de la fase líquida en caso de arco eléctrico; por ejemplo Teflon generará gases peligrosos cuando se quema. Forma de electrodo, la colocación, y el material también se pueden cambiar para adaptarse a las limitaciones de una determinada configuración. Típicamente electrodos planas hechas de papel de aluminio se utilizan pero el alambre también se pueden utilizar siempre que las directrices actuales de densidad<html> se toman en consideración. El campo eléctrico aplicado puede ser puro DC, AC puro, o sesgado DC AC. Todos producirá puentes líquidos dentro de la gama de la respuesta dependiente de la frecuencia para líquidos descritos en la literatura sobre electrohumectación en dieléctrico (EWOD) y dielectroforesis (DEP) 9 que definen un rango de frecuencia de respuesta entre 20 Hz y hasta 20 kHz para tensiones moderadas. Rangos de frecuencia más altos también pueden generar puentes aunque éstas no se han probado de manera explícita y algunos trabajadores han informado el límite inferior para AC puentes verticales a ser de 50 Hz 42. Orientación a la gravedad también se puede modificar fácilmente el tiempo que un sistema se puede diseñar para proporcionar superficies líquidas libres que son estables sin un campo eléctrico aplicado. Se han realizado experimentos en ausencia de gravedad 41 que mostró que estos puentes tienen una dependencia de la influencia estabilizadora de la gravedad que mantiene el delicado equilibrio de fuerzas en un puente líquido. . ent &quot;&gt; puentes líquidos EHD son una nueva herramienta que puede ser añadido al repertorio de muchas aplicaciones de la ciencia natural. Permiten la exploración de la interacción de las fuerzas a granel y de la superficie con los campos eléctricos aplicados externamente Abren la oportunidad de examinar los nuevos medios de la mezcla de diferentes líquidos 37; cambiando la cinética de reacción química 52; transporte de protones 44,45, y el examen de la respuesta de los sistemas biológicos a tales condiciones 53 Además estos puentes permiten el acceso directo a la superficie del líquido sin ningún tipo de estructuras que subtienden físicamente que ya ha dado nueva. información espectroscópica de la dinámica en el agua líquida 28 y sugiere no sólo a la existencia de un interruptor de estado controlado eléctricamente mediante el cual emergen nuevas propiedades a granel 31 pero al examinar el potencial de las transiciones de fase líquido-líquido 54 a través de un método completamente nuevo. La aplicación industrial generalizado de los procesos de EHD (por ejemplo, </em&gt;, electrospinning 26, y electrospray 32,33 métodos) sin duda pueden beneficiarse de la continuación del estudio de estos fenómenos estrechamente aliadas.

An erratum was issued for <a href="http://www.jove.com/video/51819/the-preparation-electrohydrodynamic-bridges-from-polar-dielectric">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids</a>. Figure 3 was updated because it had an incorrect representation of the power used in an operating bridge.
Figure 3 has been updated from:
<img alt="Floating water bridge, characteristic curves graph; current vs. voltage relationship; threshold analysis." src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3old.jpg" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="Figure 3"> 
Figure 3. Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability. For most bridges with some measureable extension (i.e. ≥ 5 mm) the total power dissipation lies between 10 and 20 watts. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).
to:
<img alt="Floating water bridge graph with current vs. voltage, diagram showing threshold curves and stability images." src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3new.jpg" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="Figure 3"> 
Figure 3. Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability.  Power dissipation is a tunable parameter where longer bridges have a more narrow tuning range than shorter bridges. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).

<span style="font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; color: rgb(58, 58, 58); font-family: Arimo, &quot;Helvetica Neue&quot;, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 28px; background-color: rgb(255, 255, 255);">An erratum was issued for&#160;<i style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; display: inline !important; float: none; background-color: rgb(255, 255, 255);">. Figure 3 was updated because it had an&#160;<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">incorrect representation of the power used in an operating bridge.

Erratum: The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

La interacción entre los campos eléctricos y los resultados de la materia líquida en una serie de fuerzas cambiantes dentro de la masa de material. En los sistemas de dieléctrico líquido reales, los gradientes de campo no despreciables y ruptura de la simetría geometrías como resultado una serie de efectos aparentemente peculiares. Hertz fue uno de los primeros en observar el movimiento de rotación en sistemas dieléctricos líquidos-sólidos 1. Quincke observó que la tensión interfacial entre dos líquidos no sólo se cambió por la aplicación de un campo eléctrico externo, sino que este cambio resultó en el esfuerzo de las fuerzas en el cuerpo de fluido y podría ser utilizado para inducir el movimiento de rotación 2. Armstrong descubrió el puente de agua flotante en 1893 3, que sigue siendo un truco de fiesta enigmática hasta hace poco cuando Fuchs y colaboradores exploraron la mecánica de transporte de masa y de carga 4,5 y reabrieron la investigación científica seria sobre los mecanismos por los cuales se forman estos puentes. Los campos eléctricos tienen la ability para levantar líquidos contra la fuerza de la gravedad como la obra de Pellat en aumento líquido dieléctrico entre los electrodos de placas paralelas muestra 6. Esta acción de elevación muestra una dependencia de la frecuencia y en última instancia puede ser descrito a través de la tensión tensor de Maxwell 7. Esto es importante cuando se considera el aumento del nivel del líquido asociado con electrohidrodinámicos (EHD) puentes líquidos que, bajo condiciones de corriente alterna no muestran una dependencia de la frecuencia 8 similar a electrowetting el dieléctrico (EWOD) y dielectroforética (DEP) de flujo de masa 9. Además, la aplicación de campos eléctricos de alto potencial es importante para controlar chorro de líquido romper y la interacción del campo eléctrico con líquidos es esencial para la comprensión del proceso industrialmente importante de atomización electrospray 10,11. Un campo eléctrico externo no sólo influyen en la energía de superficie. Debido a la acción de la polarización y la tensión de corte, los patrones de flujo puedense establezcan. Un ejemplo es la circulación de líquidos en la presencia de campos eléctricos no homogéneos. Por la presente corrientes electroconvective se establecen en el granel líquido impulsado por tensiones tangenciales. Sumoto demostró que un motor de fluido podría ser construido usando un rotor de vidrio que contiene ya sea un líquido polar o una barra de metal sumergido en un baño dieléctrica no polar y colocado dentro de un campo eléctrico no homogéneo 12. El análisis posterior por Okano utilizó una aproximación campo homogéneo 13 para resolver el problema de rotación que sólo podría coincidir cualitativamente los resultados experimentales y los líquidos dieléctricos requiere para responder como una masa singular. Otros investigadores en el tema perdido el punto del todo, ya que erróneamente informaron y analizaron el efecto Sumoto como un nivel de líquido aumente 14-16 en respuesta a los trabajos de campo eléctrico por primera vez por Pellat 17. La importancia de la simetría superficie de romper para el proceso de localización de la carga y de cizallamiento generada Stress 18 es esencial para comprender la investigación sobre puentes EHD líquidos. El tratado de Melcher en electromecánica continuo 19 ofrece una base teórica completa para el tratamiento de líquidos a granel y simplifica las superficies libres en el plazo homogéneo isótropo. La importancia de las superficies es, no obstante claro, incluso desde el punto de vista continuo como la pérdida de los resultados de simetría en la tensión de cizallamiento que pueden generar movimiento a granel. Tomado en el caso general de los volúmenes de fluido móviles discretos que pueden ser polarizados y están sujetos a la fuerza de reacción resultante al aproximarse a la superficie, la interacción del campo eléctrico puede ser sustituido en tanto las ecuaciones de Navier-Stokes 20 y Bernoulli 7,21,22 relaciones para describir la multitud de fenómenos de flujo EHD incluyendo puentes líquidos. Continuando el estudio de puentes líquidos puede mejorar una serie de tecnologías basadas EHD como inyeccion de tinta 23-25, micro-y nano-materiales de procesamiento 26-28, la administración de fármacos 29, 30, 31,32, aplicaciones biomédicas y de desalinización 33. Los métodos descritos aquí proporcionan acceso a la formación de puentes líquidos EHD que se encuentran en líquidos polares cuyas moléculas poseen un momento dipolar permanente. Los resultados no homogéneas de campo eléctrico impuestas en una polarización parcial de la población dipolo produciendo un cambio local de permitividad dieléctrica por lo tanto reforzando gradientes de campo 18,34,35. Esta polarización da lugar a una fuerza de desplazamiento que, dependiendo de la intensidad relativa del campo aplicado generará un número de respuestas diferentes líquidos (ver Figuras 4-7) finalmente resulta en la formación de un puente. El líquido también desarrollará un flujo de Taylor 22,36 a lo largo de las superficies de los electrodos especialmente en los casos donde hay un borde afilado presente en los electrodos. La posibilidad de inyección de carga en los bordes afilados también existe y es consistente con laformación de capas heterocharge que generan corrientes electroconvective en la mayor parte de líquido 22 que unen de este modo el sistema de puente líquido con el efecto Sumoto 12. Las relaciones EHD que rigen para los puentes están ampliamente cubiertos en otras partes de agua y otros líquidos polares 22,36-38. Estos enfoques teóricos sufren ciertas limitaciones que deben tenerse en cuenta cuando se acerque a los datos experimentales. El Maxwell estrés tratamiento tensor 36 es insensible a las heterogeneidades de campo, así como la falta de uniformidad en el puente líquido. Un enfoque EHD pura 37 proporciona definiciones de estado estacionario del número electrogravitatoria y su relación con la relación de aspecto del puente; Sin embargo, la dinámica de flujo y importante fenómenos transitorios (por ejemplo, la creación de puente) no se predicen. Tres números adimensionales son útiles en el análisis de la estabilidad del puente y se derivan aquí como previamente publicado por Marín y Lohse 37 E) es que se define como la relación entre las fuerzas eléctricas y capilares: <img alt="Ecuación 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq1.jpg" width="200"> donde ε 0 es la permitividad del vacío, ε r la permitividad dieléctrica relativa del líquido, E t es el campo eléctrico a través del puente, γ es la tensión superficial, d s d e l son las proyecciones verticales y horizontales de diámetro con el fin de para producir el diámetro medio D m. El número Bond (Bo) describe el equilibrio entre la gravedad y las fuerzas capilares: <img alt="Ecuación 2" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq2.jpg" width="150"> donde g es la aceleración de la gravedad, l es la longitud del puente libre, y V es el volumen del puente. La relación entregravitacional, capilar y las fuerzas eléctricas se pueden expresar en términos del número electrogravitatoria T E: <img alt="Ecuación 3" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq3.jpg" width="200"> La extensibilidad máxima de un puente se relaciona con la tensión aplicada, mientras que la corriente que fluye a través del puente se relaciona con el área de sección transversal y por lo tanto el diámetro. Estas relaciones están acoplados, determinar el volumen puente, y por lo tanto definir la región de estabilidad para cualquier puente de líquido de servicio dado. Las curvas características para un puente de agua se dan en la Figura 3, que muestra un umbral inferior por debajo del cual el campo aplicado es demasiado débil como para superar las fuerzas de tensión superficial y un umbral superior por encima del cual la masa del puente es demasiado grande dando como resultado fugas que además interrumpe el campo y da como resultado la ruptura del puente. El tratamiento más generalción de puentes líquidos en disolventes polares 19,22 proporciona los términos de presión combinado que operan con el puente para predecir las fuerzas que rigen la dinámica del flujo en el contexto de una ecuación de Bernoulli modificada con términos desplazamiento eléctrico añadidos al término presión. Además la relación de Onsager para la estabilidad de iones 24 se incorpora de acuerdo con las observaciones experimentales sobre el equilibrio de bombeo dirección y emisión térmica. Un número de líquidos polares se han explorado incluyendo el agua, los alcoholes alifáticos inferiores (por ejemplo, metanol), poli-alcoholes (por ejemplo, glicerol), dimetilsulfóxido (DMSO), y otros compuestos orgánicos polares (por ejemplo, dimetilformamida). Líquidos dieléctricos no polares (por ejemplo, hexano) no muestran la formación de puentes. Los líquidos dieléctricos capaces de soportar puentes así estudiaron mucho 8,22,37 se encuentran dentro de un grupo bien definido de parámetros físicos que establecen un buen punto de partida for experimentación adicional: baja conductividad (σ &lt;5 mS / cm), permitividad relativa estática moderada (ε = 20-80), de moderada a alta tensión superficial (γ = 21-72 mN / m). Curiosamente una amplia gama de viscosidades (η = 0,3 a 987 mPa · seg) de trabajo en tales puentes. En los líquidos con viscosidad suficientemente alta como el glicerol es posible tirar de un puente directamente desde el granel líquido (véase la Figura 5) y es un enlace importante entre las fuerzas dielectroforéticas y puentes líquidos. Soluciones iónicas (por ejemplo, NaCl (aq)) son altamente perjudicial para la formación de un puente y en estudios previos 40 han demostrado aumentar la temperatura del puente, disminuir la relación de longitud a la tensión aplicada, y para reducir la extensibilidad. Este comportamiento se atribuye principalmente al efecto de blindaje de carga de los iones disueltos así como una mayor conducción de corriente que reduce el acoplamiento entre los elementos de volumen de fluido y el campo eléctrico. &lt;p class = "jove_content"&gt; En los fenómenos EHD nivel continuo surgen simplemente porque las condiciones de presión necesarias que acompañan electrostricción sólo se encuentran en la interfase líquido 21. Además, existe una relación entre la estabilidad de los puentes líquidos EHD y la estabilidad de las interfaces en el sistema. En el caso de la reducción de los experimentos de gravedad 41 los crecientes resultados de área superficial en una fuerza que desgarra el puente aparte. Asimismo, si la superficie está demasiado limitado o el área de contacto pequeña subtiende el puente es probable que el desarrollo de inestabilidades. Esto puede ser ilustrado en puentes que son alimentados por tubo o en el caso de los puentes verticales donde un electrodo se tira hacia arriba de la superficie - los puentes resultantes son menos estables en operación a largo plazo ya que carecen de la dinámica de flujo característicos encontrados en la situación en la que ambos embalses tienen una gran superficie libre. Puentes cuyas conexiones con el depósito de líquido están confinados dentro de la tubería espectáculo increased acumulación térmica y la caída de la tensión superficial. Es típico que una interfaz de aire se formará espontáneamente dentro de la tubería. Esta condición limita tanto la capacidad de extensión máxima, así como el tiempo de vida media del puente de puentes líquidos confinados. Abrir puentes de agua de superficie se pueden extender a 35 mm de longitud en 35 kV, mientras que no hay puente persistirá a un voltaje de aceleración en confinamiento tales como el líquido transiciones preferentemente en un modo de electrospray. Del mismo modo puentes agua superficial libre tienen una vida de estabilidad que se acercan 10 h bajo condiciones controladas, mientras que en los sistemas de tubos alimentados con la vida útil es típicamente menos de 2 horas. Fenómenos EHD se consideran por lo general sólo a nivel continuo. Han llevado a cabo un número limitado de estudios sobre las bases moleculares de puentes líquidos. Un estudio Raman 42 mediante puentes de CA verticales investigó la banda OH-estiramiento inter-molecular en comparación con el agua a granel. Algunos cambios en el indicador scperfiles halagador después de la aplicación del campo eléctrico se demuestra que tienen un origen estructural. Uso de espectroscopia de sonda de la bomba de infrarrojo medio ultrarrápida en un puente flotante de agua 43 el tiempo de vida de vibración de la vibración de estiramiento OH de las moléculas de HDO contenida en un HDO: D 2 O puente de agua se encontró que era más corto (630 ± 50 fs) que para las moléculas de HDO en HDO mayor: D 2 O (740 ± 40 fs), mientras que en contraste, la dinámica termalización siguientes a la relajación vibracional son mucho más lentos (1500 ± 400 fs) que en HDO mayor: D 2 O (250 ± 90 fs). Estas diferencias en la dinámica de relajación de energía indican fuertemente que el puente de agua y agua a granel difieren en una escala molecular. Además, la investigación sobre la emisión infrarroja de un puente flotante de agua reveló una característica no térmico que podría ser debido a una transición de un estado excitado al estado fundamental de una banda de conducción de protones 44. Otro estudio más reciente Reporte Ramand que en agua DC puentes hay una distribución radial en los espectros que es indicativa de la diferencia relativa en el pH local entre el núcleo y cáscara externa del puente 45. La distribución radial de las características físicas dentro de puentes líquidos EHD se ve apoyada por los experimentos de dispersión inelástica UV 46 que da las distribuciones radiales contradictorias en los perfiles de temperatura y de densidad y se pueden explicar ya sea por un gradiente en grados moleculares de libertad o la presencia de una fase secundaria como burbujas nano. El concepto más adelante no está respaldada por un estudio de dispersión de rayos X de ángulo pequeño 47, mientras que el concepto de rotación impedida (es decir libraciones) se apoya de espectros de emisión de infrarrojos 44. La dirección de flujo preferente en puentes líquidos EHD surge de los cambios en la cinética de disociación auto-. De acuerdo con el trabajo de Onsager este hallazgo es prometedor para la conexión de los fenómenos a nivel molecular y continuo &lt;sup&gt; 22. Otra prueba de una base molecular a fenómenos EHD se encuentra en la observación de que la emisión térmica a partir de una gotita dieléctrica disminuye localmente en respuesta al campo eléctrico aumentando y alcanza un mínimo justo antes de la aparición de un puente (ver Figura 7). Puentes líquidos EHD presentan una oportunidad para examinar la interacción entre las fuerzas en múltiples escalas de longitud y es el objetivo específico de este trabajo es proporcionar un método estandarizado para la producción de este tipo de puentes en varios líquidos con cualquier orientación en relación con la gravedad que soporta el emergencia de todo el conjunto de fenómenos característicos discutido previamente.

<table><tbody><tr><td>Placas de cristalización de borosilicato</td><td>VWR</td><td>216-0064</td><td></td></tr><tr><td>Matraz de fondo redondo de doble pared con aberturas GL14 y GL8 junto con puerto de unión esférica de 6 mm</td><td>LGS</td><td>SP757102a</td><td>Cristalería personalizada con un mínimo de dos aberturas, una para el electrodo y otra para el caño del puente.</td></tr><tr><td>Plataformas ajustables</td><td>Rudolf Grauer AG</td><td>Swiss Boy 115</td><td></td></tr><tr><td>Etapa de traslación</td><td>de movimiento Thorlabs</td><td>MTS25/M-Z8E</td><td>Etapa motorizada completa, controlador y fuente de alimentación</td></tr><tr><td>Placas aislantes Debe</td><td>ser apropiada para resistir los voltajes previstos</td><td></td><td></td> sin averías</tr><tr><td>Electrodos Pt</td><td>Alfa-Aesar 000261</td><td></td><td>lavar y luego sonicar en 18.2 M&Omega; agua antes de usar</td></tr><tr><td>HVPS</td><td>FUG GmbH</td><td>HCP 350-65000</td><td>65 kV DC a 5 mA salida máxima</td></tr> Sistema <tr><td>de sonda de temperatura de fibra óptica</td><td>OpSens</td><td>OTG-F Sensor/ Unidad de control XXX-XXX</td><td>Velocidad de lectura 1 kHz, precisión 0,01 K, tamaño de la sonda 120 &#956; m</td></tr><tr><td>Cámara infrarroja de onda larga</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Taurus 110K L</td><td>168 FPS 384 x 288 Sensibilidad < 30 mK</td></tr><tr><td>Cámara infrarroja de onda larga</td><td>FLIR FLIR</td><td>620</td><td>30 FPS 640 x 480 píxeles Sensibilidad a < 45 mK</td></tr><tr><td>Cámara infrarroja de onda media y larga de doble banda</td><td>Cámara digital IRCAM GmBH</td><td>Geminis 110k ML</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Canon</td><td>550D</td><td>Se utiliza tanto para fotogramas de vídeo como de imágenes fijas</td></tr><tr><td>Trípode</td><td>Manfrotto</td><td>475B/405</td><td></td></tr><tr><td>18.2 M&Omega; Ventaja</td><td>de Water Milli-Q</td><td>Espere</td><td>24 horas para equilibrarse después de dispensar en botellas transparentes de borosilicato</td></tr><tr><td>Metanol deshidratado con menos del 0,0050% de agua AnalaR NORMAPUR</td><td>VWR-BDH</td><td>20856.296</td><td>Mantener seco hasta que se necesite</td></tr><tr><td>Glicerol anhidro para síntesis</td><td>VWR - Merck Millipore</td><td>8.18709.1000</td><td>Mantener seco hasta que sea necesario</td></tr><tr><td>Dimetilsulfóxido, grado ACS</td><td>VWR-BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td>Mantener seco hasta que lo necesite</td></tr></tbody></table>

la preparación de electrohidrodinámicos puentes de polar dieléctricas líquidos

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Puentes horizontales y verticales líquido son herramientas simples y poderosas para explorar la interacción de campos eléctricos de alta intensidad (8-20 kV / cm) y líquidos dieléctricos polares. Estos puentes son únicos de los puentes capilares en que se caracterizan extensibilidad más allá de unos pocos milímetros, tienen patrones de transferencia de masa bi-direccionales complejos, y emitir no Planck radiación infrarroja. Un número de disolventes comunes puede formar tales puentes, así como soluciones de baja conductividad y suspensiones coloidales. El comportamiento macroscópico se rige por la electrohidrodinámica y proporciona un medio de estudio de los fenómenos de flujo de fluido sin la presencia de paredes rígidas. Antes de la aparición de un puente de varios fenómenos líquido se pueden observar importantes incluyendo el avance de la altura del menisco (electrowetting), la circulación de fluido a granel (el efecto Sumoto), y la eyección de gotitas cargadas (electropulverización). La interacción entre la superficie, la polarización, y las fuerzas de desplazamiento puede ser examinada directamente porvariando la tensión aplicada y la longitud del puente. El campo eléctrico, asistido por la gravedad, estabiliza el puente líquido contra las inestabilidades de Rayleigh-Plateau. Construcción del aparato básico tanto para la orientación vertical y horizontal, junto con ejemplos de funcionamiento, incluidas las imágenes termográficas, para tres líquidos (por ejemplo, agua, DMSO y glicerol) se presenta.

Puentes líquidos electrohidrodinámicos son distintas de puentes líquidos capilares por tres propiedades: 1) flujo, 2) la extensibilidad, 3) la emisión térmica; una comparación se muestra en la Figura 2. Antes de la aplicación de la tensión de pequeños puentes capilares son a menudo observable entre los dos vasos cuando el nivel de líquido es incluso con los picos de vertido en la configuración horizontal. Ellos son inevitables en la configuración vertical cuando la distancia de separación es inferior a unos pocos milímetros. El voltaje puede ser aplicado ya sea en una rampa (véase 3.4.2.1 en el protocolo) o la etapa (véase 3.4.2.2 en el protocolo). Voltajes por debajo del valor umbral (V t) no producirá un puente EHD pero puede desencadenar varios otros fenómenos tales como la expansión de volumen de líquido (Figura 4), ​​el movimiento hacia arriba de la línea de contacto de electrodo de líquido (Figura 5), la rotación y la circulación del líquido mayor (Figura 6), electrospraying y la formación de chorro (Figura 7). V t es una propiedad del líquido dieléctrico bajo investigación, la concentración y tipo de componentes presentes, así como la atmósfera de blindaje utilizados. El umbral para la ignición es también una función de la separación del vaso. Mientras puente de encendido es posible con separaciones de muchos milímetros de la tensión aplicada debe ser más alta y un período más largo de reposo se puede observar con electrospraying más violenta antes de que se formó una conexión de líquido estable. Por ejemplo, con depósitos llenos de agua separados por 5 mm, V T aumenta a 17-20 kV o superior. Una vez V t se ha excedido una combinación de la formación de arcos y la pulverización de marcas de encendido (Figuras 8a, 9a) seguido inmediatamente por la formación de un delgado puente &lt;1 mm de diámetro. Una vez establecido el puente La corriente circulará seguido por la hinchazón del puente (8b figuras, 9b) a3-5 mm de diámetro dependiendo de las condiciones. En muchos de los líquidos estudiados hasta ahora el momento de la ignición puente a la hinchazón es de entre 10-500 mseg y es en gran medida una función de la tensión aplicada, distancia de separación, y la viscosidad del líquido 8,22,37. En puentes horizontales dirección del flujo depende de las condiciones de líquidos específicos. Típicamente, el flujo neto se extiende desde el ánodo hacia el cátodo cuando la polaridad de alto voltaje es positivo. Tras la extensión (Figura 8c) el diámetro fluctuará normalmente a bajas frecuencias entre 1-10 Hz. Oscilaciones de frecuencia más altas también se producen y son visibles en forma de ondas de superficie. Ópticamente activas ondas de densidad son visibles en el cuerpo del puente cuando de nuevo iluminado con un patrón de franjas binario. La función de respuesta específica del sistema depende tanto del sistema de líquido, así como las características de suministro de energía. Puentes verticales son similares en muchos aspectos a hlos orizontal; sin embargo, éstos no muestran evidencia de un fuerte flujo de masa y por lo general tienen una forma-ánfora como exagerada. El aumento de los resultados de voltaje de control en una columna cilíndrica de más líquido y extensibilidad (Figura 9c) es un poco mejor que en los puentes horizontales (por ejemplo, 1,25 mm / kV para el agua). Al igual que los puentes horizontales puentes verticales pueden formar sin contacto directo entre los cuerpos fluidos antes de la tensión. En este caso se observa un cono de Taylor para formar en la gotita pendular superior. Este spray se extenderá hacia abajo formando un chorro estable que se hincha rápidamente en contacto con la gota sésil inferior. A diferencia de electrosprays, puentes EHD en líquidos dieléctricos polares disipan la energía en forma de tanto térmica, así como no térmica de infrarrojos (IR) de radiación 44. Grabación termográfica de puentes líquidos (Figuras 7-10) es una herramienta útil para examinar la dinámica de flujo de superficie, así como para quantifying el IR Operando distribución activa de la energía. Emisión térmica se debe en gran parte al calentamiento óhmico y por tanto es una medida sensible de la estabilidad de iones como diferentes líquidos tienden a calentar de manera diferente dado la misma disipación de potencia. Por ejemplo, los puentes de agua (Figura 9c) suelen operar entre 35-50 ° C, y los puentes de alcohol corren unos pocos grados más fresco en cuenta tanto la menor presión de vapor, así como las diferencias en la estabilidad de iones 39. Otro ejemplo de este comportamiento ligado se encuentra en DMSO aprótico que tiene baja presión de vapor y forma iones negativos que migran en la dirección opuesta a la mayoría de otros líquidos polares. DMSO puentes tienden a operar a temperaturas cercanas a 100 ° C (Figura 10a). La viscosidad y la capacidad de calor también juegan un papel importante en la forma de energía térmica se disipa en el sistema como puede ser visto por el calentamiento localizado que se encuentra en los puentes de glicerol (Figura 10b). <p class='"jove_content"&gt;' puente de ruptura puede ocurrir a trav una serie v es probable que suceda cuando el est o bien extenderse demasiado lejos para la tensi funcionamiento se baja aplicada por debajo del valor necesario mantener un en longitud dada como predijo n electrogravitatoria. lo general proceder reducci di>(8d figuras, 9d) hasta que se alcanza un valor crítico y las inestabilidades de Rayleigh Plateau-interrumpir la (8E figuras, 9e) de puente-ligando como en una cadena de gotas que migrar en el campo eléctrico. Otra modalidad de la interrupción del puente, por lo general sólo se encuentran en la configuración horizontal, se produce cuando el diámetro del puente se vuelve demasiado grande resulta en gran masa y un chorro de agua hacia abajo. Este comportamiento puede conducir a oscilaciones de la producción de un efecto de "balanceo", que puede ocasionar que el puente para desestabilizar de nuevo en gotitas puente. Brid de gran diámetroGES pueden ocurrir como resultado de un exceso de presión hidrostática en un recipiente debido a un flujo unidireccional que se traduce en una condición de desbordamiento; aumentar alternativamente la tensión a valores altos, con sólo una pequeña separación producirá un amplio puente o "autopista del agua". Estas grandes puentes de diámetro también pueden fallar por el colapso en una gran gota que cae hacia abajo por gravedad. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" width="500"> Figura 1 Equipo básico para EHD experimentos puente líquido. Representación esquemática de (b) sistema experimental horizontal (a) y vertical típico para la creación de puentes líquidos EHD. Algunos detalles mecánicos tales como correas de montaje y soportes de electrodos se han omitido para mayor claridad. Los componentes esenciales son vasos de líquido (i), plataformas o mo aislantesUNTS (j), electrodos (k), y una fuente de alimentación de alta tensión (M). Etapas de traducción lineales se recomiendan para la separación segura de los dos buques se establece una vez al puente. El palo muerto se muestra en el panel (c) se ensambla a partir de una pieza de material no conductor rígido (p), una varilla de metal conductor (q), y varias vueltas de cinta eléctrica aplicada de una manera entrecruzada o de otro material de fijación (r) . El extremo de metal se utiliza para formar un cortocircuito entre los dos electrodos después de la conclusión de los experimentos para asegurar que el circuito se descarga antes de equipos de manipulación. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" target="_blank">Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" width="500"> Figura 2: Comparación de capilares y EHD puentes de agua.Un puente capilar horizontal sólo puede abarcar un pequeño espacio de 1,5 mm (a) mientras que, puentes EHD horizontales en tres tensiones diferentes 4 kV (b), 6 kV (c), 8 kV (d) pasan fácilmente la brecha. Tenga en cuenta que los puentes EHD fluyen sobre las boquillas mientras que un puente capilar está suspendido entre las boquillas. De igual forma el puente capilar vertical (e) tiene una cintura más estrecha (~ 1,5 mm de diámetro.) Y sólo se puede extender ~ 3,3 mm a diferencia de los puentes EHD verticales que son extensibles. Se muestran tres puentes EHD propulsados ​​a 4 kV (f), 6 kV (g), y 8 kV (h) a la misma distancia de separación como el puente capilar. El voltaje más alto aumenta el diámetro de la cintura puente, la velocidad de flujo y el aumento de la calefacción como resultado de una mayor disipación de potencia en el puente. Un aumento en la formación de burbujas también se observa a voltajes más altos como la solubilidad del gas disminuye al aumentar la temperatura. La barra de escalaen todos los marcos es de 1 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" width="500"> Figura 3. curvas características para un puente de agua líquida. La actual relación de tensión para los puentes de agua líquida a 0, 5, 10, distancia de separación de 15 mm se traza. Un umbral inferior por debajo del cual no hay puente líquido formará (ver foto recuadro abajo a la izquierda), y un umbral superior por encima del cual los puentes son inestables (fotos inserción 1-4) limitan la región de estabilidad. Para la mayoría de puentes con alguna extensión medible (es decir, ≥ 5 mm) la disipación de potencia total se encuentra entre 10 y 20 vatios. La ruptura de un puente más allá del umbral superior a menudo seguir una secuencia de eventos que progresan de Func normalesion (recuadro 1), a presentar fugas (recuadro 2), la flacidez (recuadro 3), y, finalmente, la ruptura (recuadro 4). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" width="500"> Figura 4. expansión de volumen. Toda la superficie del líquido de dos buques se puede ver a aumentar en respuesta al campo eléctrico aplicado con la ayuda de un patrón de franjas binario proyectada. Dos vasos de precipitados de teflón llenas de agua son imágenes con un patrón de franjas proyectado en dos diferentes voltajes aplicados a) 0 kV y b) 15 kV. Se analiza el cambio en la franja proyectada (panel c) utilizando software IDEA 33 que utiliza una transformada de Fourier se filtró para convertir los cambios en la frecuencia de modulación a una franjaaumento de altura relativa. La falta de uniformidad en el cambio detectado se debe a la baja frecuencia espacial de la franja y artefactos proyectados debido a la transformada discreta del coseno método de fase basado desenvolver. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" width="500"> Figura 5. Dielectroforesis y electrowetting. La respuesta electromecánica del glicerol para altos potenciales de campos eléctricos. Dos electrodos de platino inmerso en glicerol anhidro a 0 kV (a), y 19 kV (b) muestran cómo el líquido es impulsado con fuerza hacia arriba. En una modificación del experimento de Pellat el volumen levantado se elimina por completo del depósito subtiende produciendo un bridg glicerol EHDe celebrada entre los dos electrodos (c). Asimismo, en el caso de electrodos en forma de varilla (d) la línea de contacto avanza hasta el electrodo con aplicación de 15 kV (e) elevar los electrodos tira del cuerpo líquido hacia arriba para formar tronco de cono (f) muestra la humectación mejorada generada por la fuerte campos. Las barras de escala son 5 mm. Stills tomadas de vídeos complementarios S1 (ac) y S2 (df). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" width="500"> Figura 6. efecto Sumoto visualizado en el infrarrojo. Secuencia de imágenes de infrarrojos de un solo recipiente de glicerol en un campo eléctrico no homogéneo proporcionado usando un electrodo plano simple puntosistema que se muestra en la luz visible en el panel (a). Potencia (19 kV DC) se aplica en t = 0 seg. Enfriamiento de la superficie local se produce por debajo del electrodo de punto (t = 15 seg) Este enfriamiento local se propaga a través de la superficie y se desarrolla heterogeneidades, la generación de una fuerza de rotación mientras inmediata es inicialmente pequeña y requiere aproximadamente 75 segundos para ser visible en la superficie. Tiempo entre tramas es de 15 seg. La barra de escala es de 10 mm. Fotogramas de vídeo complementario S3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig7highres.jpg" width="500"> Figura 7. refrigeración Pre-encendido en un sistema de puente vertical con distancia de separación de 10 mm. El cono superior e inferior Taylor gota sésil de un puente de agua vertical colocada-u p se muestran en primer plano durante una rampa de tensión. Las imágenes están en el infrarrojo de onda larga y representan la emisión de la superficie. De las imágenes hay una refrigeración constante y elongación (ad) de ambas superficies de líquido a medida que aumenta la tensión aplicada tanto alcanzar una temperatura mínima de 1-2 ° C por debajo inicial (a) justo antes de la expulsión de un chorro (e) desde el cono superior Taylor. La gotita inferior retrocede en avance del chorro cargado pero rápidamente se une tras el contacto (ef), la emisión se eleva rápidamente como un puente líquido EHD estable se estableció (g). La reducción de temperatura se confirmó usando una fibra óptica termo-sonda. La gota sésil inferior es de ~ 2 ° C más caliente que el cono superior debido a la operación anteriormente; Típicamente, el recipiente de alta tensión alcanzará una temperatura ligeramente superior. Fotogramas de vídeos complementarios S4 (parte superior del cono) y S5 (gota abajo).subir / 51819 / 51819fig7highres.jpg "target =" _blank "&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" width="500"> Figura 8. imágenes termográficas de un puente de agua horizontal de la ignición a la extinción. Serie Representante de mediados de onda compuesta (3,7 a 5,0 m) y de onda larga (8,0 a 9,4 micras) imágenes infrarrojas que caracterizan las etapas operacionales de puentes líquidos horizontales que se muestran para agua: (a) de encendido, (b) expansión, (c) extensión, (d) la estabilización, (e) ruptura. En esta secuencia de imágenes del puente fue extinguido por desconectar la alimentación del sistema. Fotogramas de vídeo complementario S6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una</a>versión más grande de esta cifra. <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" width="500"> . Figura 9. imágenes termográficas de un puente vertical de agua de la ignición a la extinción serie Representante de infrarrojos de onda larga (7,5 a 9,0 micras) imágenes que caracterizan las etapas operacionales de puentes líquidos verticales muestran para el agua: (a) la ignición, (b) la expansión , (c) la reducción de voltaje, (d) la formación de ligando, (e) desintegración en gotas bajo la influencia de las inestabilidades de Rayleigh-meseta. El tiempo transcurrido se muestra en milisegundos. El contraste de fondo se ajustó en los últimos fotogramas para mejorar la visualización de las gotas. Fotogramas de vídeo suplementaria S7. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande</a>sión de esta figura. <img alt="Figura 10" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" width="500"> Figura 10. imágenes termográficas de puentes horizontales en DMSO y glicerol. Dimetilsulfóxido (DMSO) (a) y glicerol (b) emisión de puente en un compuesto de onda media (3,7 a 5,0 m) y de infrarrojos de onda larga (8,0-9,4 m). Fotogramas de vídeos complementarios S8 (DMSO) y S9 (glicerol). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

Puentes líquidos electrohidrodinámicos horizontales y verticales son herramientas simples y poderosas para explorar la interacción de campos eléctricos de alta intensidad y líquidos dieléctricos polares. La construcción del aparato básico y ejemplos operativos, incluidas las imágenes termográficas, para tres líquidos (por ejemplo, agua, DMSO y glicerol) se presenta.

La Preparación de electrohidrodinámicos Puentes de Polar dieléctricas Líquidos

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

El objetivo general de este procedimiento es crear y estudiar puentes electrohidrodinámicos de líquido entre dos recipientes llenos de líquido polar puro. Esto se logra colocando primero dos vasos de precipitados en plataformas aislantes, acercándolos y llenándolos con un líquido polar puro. El segundo paso es sumergir electrodos de platino puro en cada uno de los vasos de precipitados.A continuación, se aplica un voltaje de CC de unos 15 kilovoltios entre los electrodos, lo que crea un puente líquido entre los vasos de precipitados. El paso final es separar los vasos de precipitados unos centímetros para crear una conexión de líquido que cuelga libremente. En última instancia, estos experimentos muestran que estos puentes líquidos tienen una estabilidad operativa bien definida, poseen patrones de flujo complejos y emiten radiación térmica basada en la grabación de video visible e infrarrojo de alta velocidad.Las implicaciones de esta técnica se extienden a la ciencia ambiental, la tecnología de procesos y la microbiología, ya que los campos eléctricos de la misma magnitud se encuentran comúnmente en la naturaleza y pueden emplearse en la fabricación de materiales avanzados. Aunque este método puede proporcionar información sobre el agua, la física, la química y la biología, también se puede aplicar a otros sistemas. Alcoholes, DMO, acetona, glicerol, cualquier líquido con un fuerte momento dipolar permanente y una baja conductividad.Prepárese para montar el experimento usando guantes desechables sin polvo para evitar la contaminación del aparato. A continuación, compruebe que las superficies que vayan a estar en contacto con el líquido objeto del estudio estén limpias. Este video se centrará en un sistema de puente horizontal compuesto por dos plataformas de altura ajustable sobre una superficie nivelada no conductora.Las dos plataformas deben tener la misma altura con una plataforma fija en su lugar. La otra plataforma está montada sobre una plataforma lineal motorizada que puede viajar al menos 25 milímetros horizontalmente. Una lámina acrílica aislante se fija a la parte superior de cada plataforma para que sobresalga al menos 10 milímetros en todos los lados.Las láminas son lo suficientemente gruesas como para evitar averías a la tensión máxima planificada. Ahora prepare el aparato eléctrico. Comience con una fuente de alimentación de alto voltaje conectada correctamente con su salida desactivada.Obtenga un cable de alto voltaje y un cable de tierra, cada uno con una pinza de cocodrilo soldada a un extremo. Conecte un cable a cada uno de los terminales de alto voltaje y tierra de la fuente de alimentación, manteniendo libres las pinzas de cocodrilo. A continuación, construya los soportes para los electrodos sobre cada plataforma.Para cada soporte, sujete una varilla aislante rígida a un soporte de anillo para que la varilla se extienda horizontalmente sobre una plataforma. Coloque el cable de alto voltaje sobre el soporte de la plataforma fija. Asegure el cable en el soporte de modo que la pinza de cocodrilo quede suspendida sobre la plataforma.Asegure el cable de tierra en el otro soporte de modo que su pinza de cocodrilo quede suspendida sobre la plataforma móvil. A continuación, conecte un electrodo de platino de más del 99% de pureza al clip de cocodrilo del cable de tierra. Conecte un electrodo de platino idéntico al cable de alto voltaje.El siguiente paso es introducir aquí el líquido, agua desionizada. Este experimento utiliza dos platos de cristalización de 60 mililitros para contener el líquido. Llene cada recipiente hasta uno a cinco milímetros del borde, aproximadamente 67 gramos de agua antes de continuar.Utilice un medidor de conductividad para asegurarse de que la conductividad sea inferior a un microsiemens por centímetro. Cuando esté listo, coloque un recipiente en cada una de las plataformas aislantes. Colóquelos de tal manera que se pongan en contacto físicamente entre sí en un lugar, en este caso en los caños.A continuación, ajuste las alturas de la plataforma para que el líquido solo entre en contacto con los electrodos de platino y no con las pinzas o cables de cocodrilo. A continuación, coloque los electrodos de platino en los recipientes llenos de líquido de modo que estén a un mínimo de 15 milímetros de la posición de contacto donde se formará el puente, si lo desea. Humedece la punta de una pipeta en el líquido y utilízala para humedecer las boquillas como ayuda para la ignición del puente.Antes de aplicar energía al experimento, verifique su seguridad eléctrica. Además, asegúrese de que todas las superficies estén secas y que no haya líquido en las plataformas de aislamiento. Con la salida de la fuente de alimentación aún deshabilitada, configúrela para el experimento.Establezca el límite de corriente para que no proporcione más de cinco a seis miliamperios de corriente. Además, asegúrese de que la fuente de alimentación esté configurada para proporcionar cero voltios. Luego habilite la salida de la fuente de alimentación y aumente lentamente el límite de voltaje a una velocidad de aproximadamente 250 voltios por segundo.Monitoree los recipientes y observe cuándo se produce la ignición del puente. El voltaje al que esto tiene lugar es el umbral de encendido aproximado. Confirme la ignición del puente observando un flujo constante de líquido que fluye entre los dos recipientes.Este video de alta velocidad de un experimento similar proporciona un ejemplo de ignición de puentes y el establecimiento de un flujo constante. Ahora, dependiendo del líquido, aumente el voltaje a 10 a 15 kilovoltios y la corriente a unos 1000 miliamperios para ajustar el puente para la extensión. Una vez hecho esto, utilice la etapa de traslación para mover el recipiente conectado con el terminal terrestre.Transfiera el recipiente de modo que el puente se extienda un milímetro por kilovoltio de voltaje aplicado hasta 25 milímetros durante 30 a 60 segundos. Se pueden realizar ajustes adicionales si es necesario. La extensión del puente se muestra en este videoclip de un experimento comparable.Un puente estable puede durar muchas horas para extinguir el puente, deshabilitar la salida de la fuente de alimentación de alto voltaje y esperar varios segundos para que se descarguen los condensadores. Recoge un palo muerto y acércate al sistema. Utilice el palo muerto para cortocircuitar los portaelectrodos.Una vez hecho esto, es seguro manipular cualquier parte previamente energizada trazada. Aquí está la relación de voltaje actual para puentes horizontales de agua líquida. Estos puentes se obtuvieron con espacios de 0, 5, 10 y 15 milímetros a medida que el voltaje se incrementaba desde cero.Una región de estabilidad está delimitada por un umbral inferior por debajo del cual no se formará ningún puente líquido, y un umbral superior por encima del cual los puentes son inestables. Los recuadros etiquetados del uno al cuatro muestran la ruptura de un puente de 15 milímetros más allá del umbral superior. La mayoría de los puentes con una extensión de cinco milímetros o más tienen una disipación de potencia total de entre 10 y 20 vatios.En este vídeo termográfico, se enciende un puente de agua horizontal en un sistema con una separación inicial de cero milímetros. Una vez que se establece el puente, el flujo de corriente conduce a una hinchazón de varios milímetros de diámetro. Cuando el puente se extiende, el diámetro experimenta fluctuaciones de baja frecuencia.Las ondas superficiales visibles proporcionan evidencia de oscilaciones de alta frecuencia en el sistema. Cuando ya no se proporciona energía al sistema, el puente reduce su diámetro. Eventualmente, las inestabilidades interrumpen el puente y forman una cadena de gotas que migran en el campo eléctrico después de su desarrollo.Esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la tecnología del agua exploraran cómo los campos electromagnéticos afectan la calidad del agua. El puente es un laboratorio en sí mismo y abre nuevas posibilidades que antes no estaban disponibles. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo crear un puente líquido flotante horizontal y, por lo tanto, un nuevo estado líquido con el que experimentar como se describe en el manuscrito, estos puentes también se pueden crear verticalmente.

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