Name: La preparazione di Electrohydrodynamic Ponti da Polar dielettrici liquidi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: Impara a creare ponti liquidi elettroidrodinamici tra contenitori di liquidi polari usando elettrodi di platino e alta tensione. Questo metodo permette di studiare stabilità operativa, flussi complessi e radiazioni termiche.

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Questo lavoro è stato svolto nel quadro TTIW-cooperazione di Wetsus, centro di eccellenza per la tecnologia sostenibile dell&#39;acqua (www.wetsus.nl). Wetsus è finanziato dal Ministero degli Affari economici, il Fondo europeo di sviluppo regionale dell&#39;Unione, la Provincia di Frisia, la città di Leeuwarden e il programma EZ / Kompas della &#39;Samenwerkingsverband Noord-Nederland &quot;olandese. Gli autori ringraziano i partecipanti al tema di ricerca &quot;Fisica Applicata Water&quot; per le fruttuose discussioni e il loro sostegno finanziario.

1. Raccomandazioni generali <ol><li> Indossare guanti senza polvere usa e getta per tutto il set-up dell&#39;esperimento per evitare la contaminazione da sudore o olio dalle mani. </li><li> Pulire la vetreria, elettrodi e tutte le altre parti a contatto con il liquido in esame, con particolare attenzione per evitare l&#39;introduzione di contaminanti che possono sciogliere in fase liquida. </li><li> Usando un misuratore di conducibilità, misurare la conducibilità elettrica del liquido che verrà utilizzato nell&#39;esperimento e confermare che è ≤1 mS / cm. </li></ol> 2 setup sperimentale <ol><li> Sistema ponte orizzontale (Figura 1a) <ol><li> Inserire una coppia di piattaforme regolabili in altezza su una superficie non conduttiva livello. Fissare una piattaforma in posizione e montare l&#39;altra piattaforma su un palco traslazione lineare motorizzato che ha una corsa minima di 25 mm. </li><li> Lastre isolanti Sicuro (Figura 1a, parte j) a the superficie superiore delle piattaforme regolabili. Utilizzare piatti che sono over-size in modo che sovrastano la piattaforme di almeno 10 mm su tutti i lati isolanti. Utilizzare materiali comuni come il Teflon, acrilico o vetro della finestra. Scegliere lo spessore per evitare rottura alla tensione massima prevista. </li><li> Collegare l&#39;alimentatore ad alta tensione (Figura 1a, parte m) secondo le istruzioni del produttore. </li><li> Saldare clip a coccodrillo alla fine sia l&#39;alta tensione e cavi di terra. </li><li> Fissare una estremità di un braccio di supporto realizzato in materiale isolante rigido su un anello stand con l&#39;asta isolante sporgente orizzontalmente sopra le piattaforme isolanti. </li><li> Montare i cavi di terra e ad alta tensione ai bracci di supporto utilizzando sia diversi giri di nastro isolante, fascette di nylon, o altri mezzi appropriati in modo che i coccodrilli sporgono verso il basso sopra le piattaforme isolate. </li><li> Clip di un elettrodo di platino (Figura 1a, parte k) In ognuno dei due morsetti a coccodrillo. </li><li> Posizionare i bracci di supporto in modo che il filo ad alta tensione è al di sopra della piattaforma fissa e il cavo di terra è sopra la piattaforma mobile. </li></ol></li><li> Sistema ponte verticale (Figura 1b) <ol><li> Fissare un morsetto non conduttivo ad una fase di traslazione lineare in modo che la pinza può viaggiare un minimo di 25 mm. Usare questo morsetto per tenere la nave (Figura 1b, parte i), che sarà collegato al filo di terra. </li><li> Montare questa assemblea ad una struttura di sostegno rigida verticale. </li><li> Fissare un morsetto non conduttiva simile in linea e sotto il supporto sulla scena traslazione lineare. Usare questo morsetto per tenere la nave che sarà collegato al filo ad alta tensione. </li></ol></li><li> Fare un &quot;morto-stick&quot; (Vedi Figura 1c per l&#39;illustrazione) <ol><li> Ottenere un pezzo di materiale rigido non conduttivo come una bacchetta di vetro o di plastica lungo 30-40 cm (Figura &amp;# 160; 1c, parte p). </li><li> Attaccare un pezzo di metallo conduttivo lungo 10-15 cm (Figura 1c, parte q) ad una estremità dell&#39;asta utilizzando diversi giri di nastro isolante (Figura 1c, parte r) applicata in maniera attraversato o altro materiale di fissaggio. </li><li> Utilizzare il &quot;morto-stick&quot; per colmare le elettrodi ad alta tensione e di terra con l&#39;estremità in metallo dopo che l&#39;alimentazione è disinserita per assicurare che il circuito viene scaricato prima di attrezzature per la movimentazione. </li></ol></li></ol> 3 Funzionamento dei ponti liquidi <ol><li> Ponti liquido orizzontali <ol><li> Riempire ogni nave (Figura 1a, parte i) con abbastanza liquido per portare in superficie entro 1-5 mm di erogazione del bicchiere o del cerchio. Per i vasi (diametro 60 mm) utilizzate in questa dimostrazione, utilizzare 67 g di liquido per l&#39;acqua, 74 g di DMSO, o 84,4 g di glicerolo. </li><li> Posizionare le 2 navi sulla piattaforma isolante in modo tale da Physcamente in contatto tra loro in un unico luogo, come i beccucci ma l&#39;orlo parete diritta funziona anche. </li><li> Regolare l&#39;altezza della piattaforma in modo che il liquido solo contatto con l&#39;elettrodo di platino e non il coccodrillo o il filo. Prestare attenzione all&#39;allineamento verticale in modo che il ponte risultante è orizzontalmente livello. </li><li> Posizionare gli elettrodi di platino nei vasi pieni di liquido in modo che siano un minimo di 15 mm dalla posizione di contatto in cui si forma il ponte. NOTA: Tipicamente gli elettrodi sono posti tra il centro del vaso e la parete più lontana da dove le due navi fanno contatto. </li></ol></li><li> Verticali liquidi Ponti <ol><li> Utilizzare due navi pulito, chiuso con una porta liquido come mostrato in Figura 1b, parte i. </li><li> Riempire ogni nave con il liquido in esame in modo che non ci siano bolle d&#39;aria intrappolate. </li><li> Inserire un elettrodo (Figura 1b, parte k) in ciascuna nave e chiudere il cap per tenere il liquido in luogo. </li><li> Montare le due serbatoi chiusi nei morsetti non conduttivi (vedere 2.2) tale che le aperture rivolte verso l&#39;altro. </li><li> Aggiungere poche gocce di liquido per l&#39;apertura del tubo inferiore in modo che una superficie liquida curva sporge pochi millimetri sopra del bordo del vetro. </li><li> Portare il recipiente superiore verso il basso in modo che solo i contatti quella inferiore formando un piccolo ponte capillare. </li><li> Collegare l&#39;uscita ad alta tensione di alimentazione (Figura 1b, parte m) al recipiente inferiore (stazionaria) terminale dell&#39;elettrodo e la terra al (traducendo) recipiente superiore. </li></ol></li><li> Operazioni ad alta tensione <ol><li> Considerazioni generali <ol><li> Prima di procedere oltre confermano che tutte le superfici siano asciutte e che nessun liquido piscine, film, o goccioline sono presenti sulle piattaforme isolanti. </li><li> Prima di alimentare l&#39;esperimento confermare che non vi siano cortocircuiti e che non ci sono terreno pATHs presente che può risultare in personale o le attrezzature che vengono a contatto con superfici in tensione. Essere certi di seguire tutte le procedure e osservare le avvertenze del costruttore di alimentazione ad alta tensione. In caso di dubbio chiedere consiglio al personale qualificato di sicurezza elettrica. </li><li> Impostare la polarità della tensione di alimentazione (se selezionabile) prima di alimentarlo. In genere, utilizzare positivo polarità della tensione in quanto fornisce i ponti più stabili. NOTA: polarità negativa può anche essere usato, ma tende a produrre effetti di carica spaziale pronunciati che possono influenzare significativamente le proprietà fisiche sia del dielettrico liquido 48 e influenza la densità di carica locale nella zona sperimentale a causa della differenza funzionale affondamento anziché approvvigionamento elettroni sotto alti potenziali come eccesso di carica può essere spruzzato sulle strutture circostanti supporto isolante. </li><li> Aprire il limite di corrente sull&#39;alimentatore in modo da fornire non più di 5-6 mA di corrente. </li></ol> &lt;/ Li&gt; <li> Scegli uno dei due profili di tensione che possono essere applicate - rampa o gradino. <ol><li> Utilizzare una rampa di tensione al momento della prima partenza e le caratteristiche delle prestazioni del liquido non sono ancora noti. <ol><li> Abbassare il limite di tensione sulla rete elettrica per fornire 0 kV. </li><li> Attiva l&#39;uscita dell&#39;alimentatore e lentamente iniziare ad aumentare il limite di tensione ad una velocità di circa 250 V / sec. </li><li> Osservare la tensione a cui avviene ponte accensione, questa è la tensione di soglia di accensione approssimativa (V t). </li></ol></li><li> Utilizzare un gradino di tensione per applicare rapidamente tensione al sistema. <ol><li> Impostare il limite di tensione di alimentazione al valore desiderato di sopra della soglia di accensione che è stata determinata usando una rampa di tensione per il sistema liquido in esame (vedi 3.3.2.1.3). </li><li> Attiva l&#39;uscita sull&#39;alimentatore. NOTA: Un passo di tensione può provocare la formazione di archi e l&#39;espulsione di goccioline e può richiedere diversi secondi prima di una stabile forma ponte. Arcing produce ozono e il perossido conseguente aumento conducibilità del liquido se il permesso di persistere per più di pochi secondi. Si raccomanda di sostituire il liquido con materiale fresco se arco è un problema. </li></ol></li></ol></li><li> Stabilizzare il ponte seguendo accensione. <ol><li> Confermare accensione ponte osservando un flusso costante di liquido tra i due vasi. NOTA: Questo si verifica di solito tra 8-10 kV e verrà accompagnato da conduzione di corrente tra 250-500 μA a seconda del liquido utilizzato. </li><li> Tune il ponte per l&#39;estensione aumentando la tensione di 10-15 kV con un consumo di corrente ~ 1.000 μA. NOTA: il valore effettivo dipenderà dal liquido utilizzato. </li><li> Estendere il ponte ad una distanza di circa 1 mm per 1 kV tensione applicata, ad esempio, 15 mm per 15 kV. Se necessario, sintonizzare il ponte ulteriormente a seconda delle esigenze dell&#39;esperimento. NOTA: Un ponte stabile can esistono per molte ore. </li></ol></li></ol></li><li> Delle procedure di spegnimento <ol><li> Spegnere il ponte disattivando l&#39;uscita di alimentazione ad alta tensione. Attendere alcuni secondi per i condensatori di alimentazione di scaricarsi e la lettura di tensione a cadere a zero. </li><li> Utilizzare il &quot;morto-stick&quot; costruita nella sezione 1.3 a breve i portaelettrodi prima di maneggiare le parti in precedenza sotto tensione. </li></ol></li></ol> 4. Imaging <ol><li> Fringe proiezione <ol><li> Preparare un piatto frangia binario stampando strisce nere su pellicola trasparente e apporre questo ad uno schermo diffusore opalescente. Per questo esempio, utilizzare una piastra frangia A4 (cioè 297 millimetri x 210 mm). </li><li> Posizionare la piastra frangia di fronte una retroilluminazione in modo che le frange sono proiettate su tutto il set-up sperimentale. </li><li> Registrare immagini sia fisse o filmati di frange con qualsiasi numero di macchine fotografiche digitali. </li><li> Tenere traccia delle modifiche in la superficie del liquido così come i cambiamenti nella lunghezza del cammino ottico del liquido sottende analizzando le immagini registrate in 4.1.3. NOTA: analisi quantitativa dei cambiamenti osservati avviene tramite la valutazione frangia utilizzando vari pacchetti software come il programma IDEA liberamente disponibile 49. I dettagli e le considerazioni di analisi frangia specifici sono classificati altrove 49-51. </li></ol></li><li> Imaging termografica <ol><li> Impostare il range dinamico della telecamera termografica come da istruzioni del produttore. NOTA: in genere una calibrazione a due punti che comprende il campo di temperatura prevista è sufficiente a fornire una buona risoluzione termica. La maggior parte dei ponti liquidi operano nell&#39;intervallo di temperatura 20-50 ° C. </li><li> Eseguire una correzione emissività e taratura temperatura imaging della superficie aperta di un volume del liquido in esame a temperature adeguate per l&#39;esperimento. <ol><li> Riempire un recipiente identico aquello utilizzato nel set-up sperimentale con il liquido in esame a temperatura ambiente. </li><li> Misurare la temperatura del liquido utilizzando una termosonda immersione come una termocoppia di tipo K. </li><li> Registrare un&#39;immagine del liquido nell&#39;infrarosso. </li><li> Aumentare la temperatura del liquido a temperature previste nel ponte utilizzando una piastra calda o microonde. NOTA: Questo è in genere non più di 10 ° C sotto il punto di ebollizione del liquido (ad esempio, 90 ° C per l&#39;acqua). </li><li> Ripetere i punti 4.2.2.2 e 4.2.2.3 per il liquido di temperatura elevata. </li></ol></li><li> Posizionare la fotocamera leggermente sopra un ponte orizzontale, piana e con un ponte verticale in modo da massimizzare la superficie registrata. NOTA: a causa del forte assorbimento di medio e lungo onda la radiazione infrarossa dalla maggior parte dei liquidi polari, solo la distribuzione della temperatura superficiale sarà visibile. </li><li> Record a infrarossi del sistema di ponte cominciando prima di abilitare le uscite sul Pofornitura wer e continuando fino a quando l&#39;esperimento è concluso o il buffer della fotocamera è piena. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Gli autori Dr. Mónica López Sáenz e Dr. Oliver Schreer sono dipendenti di IRCAM GmbH che produce gli strumenti utilizzati in questo articolo. Gli altri autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

La formazione di successo di ponti EHD liquidi stabili e robusti richiede un&#39;attenzione particolare ad alcune semplici ma importanti dettagli. È essenziale che la conducibilità ionica delle soluzioni sia a partire da pratica (per esempio, 1-5 mS / cm). Essere consapevoli del fatto che la contaminazione di acqua può provocare un aumento della conducibilità per alcuni liquidi polari (ad esempio, glicerolo). Lavare tutta la vetreria bene prestare attenzione a un&#39;attenta risciacquo, utilizzare solo lavori di vetro esente da contaminazioni di superficie o ad arco indotto segni di bruciature. In generale è buona norma indossare guanti ogni volta che gestire qualsiasi apparecchiatura per evitare oli per la pelle e sali di contaminare l&#39;esperimento. Gli elettrodi devono essere sonicati per diversi minuti nel solvente in fase di studio e si raccomanda che questi sono &quot;persistente&quot; eseguendo un ponte non estesa per 30-45 min a correnti elevate (ad esempio, 3-5 mA) per ridurre elettrodo secondario reazioni. Elevata purezza (ad esempio,&gt; 99,9%) metalli nobili funziona meglio come materiali elettrodici e devono avere una superficie in modo da mantenere basse densità di corrente dell&#39;ordine di 10 A / mq in modo da ridurre il riscaldamento locale. Nel caso di ponti che hanno scarsa stabilità o di difficile cominciare si consiglia di confermare prima conducibilità è ~ 1 mS / cm e che non ci sono estranei pozze di liquido che possono consentire un percorso della corrente alternata. In generale, si raccomanda che tutte le superfici siano il più asciutto possibile, prestare particolare attenzione a film sottili che possono formare tra le navi e piastre isolanti. Se si verifica la formazione di archi potere di interruzione e di ridurre il valore di tensione quindi riapplicare il potere come arco sostenuto comporterà la &quot;carbonizzazione&quot; delle zone colpite che possono ridurre la stabilità ponte o prevenire ponte accensione tutti insieme. Se l&#39;alimentazione è applicata al sistema di sopra della tensione di soglia e non si forma un ponte bacchetta di vetro isolante può essere utilizzato per aspirare il liquido verso l&#39;alto verso thE i punti di contatto (ad esempio beccucci becher) tra le due navi. Se il sistema continua a comportarsi in modo instabile pulire l&#39;apparecchiatura e iniziare di nuovo con liquido fresco. In caso contrario, si consiglia di fare l&#39;inventario dei dintorni come grandi oggetti metallici, materiali che supportano la carica statica, o forti correnti d&#39;aria può interrompere il ponte e / o il campo elettrico che la sostiene. Il sistema sperimentale è facilmente modificato per adattarsi materiali comunemente disponibili nella maggior parte dei laboratori. Contenitori di liquidi possono essere da quasi qualsiasi materiale compatibile e particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla infiammabilità del contenitore o fase liquida in caso di arco elettrico; per esempio Teflon generare gas pericolosi quando bruciò. Forma elettrodi, il posizionamento e il materiale possono anche essere modificate per soddisfare i vincoli di un determinato set-up. Tipicamente elettrodi planari realizzati in lamina sono usati ma filo possono anche essere utilizzati, purché le attuali linee guida di densità<html> sono presi in considerazione. Il campo elettrico applicato può essere pura DC, AC puro, o di parte AC DC. Tutti produrrà ponti liquidi all&#39;interno della gamma di risposta in frequenza dipendente per i liquidi descritti nella letteratura sulla elettrowetting su dielettrica (EWOD) e dielettroforesi (DEP) 9 che definiscono una gamma di frequenza di risposta da 20 Hz fino a 20 kHz per tensioni moderate. Gamme di frequenza più elevate possono anche generare i ponti anche se questi non sono stati esplicitamente testati e alcuni lavoratori hanno segnalato il limite inferiore di ponti verticali AC a 50 Hz 42. Orientamento di gravità è anche facilmente modificata finché un sistema può essere progettato per fornire superfici liquide liberi che sono stabile senza un campo elettrico applicato. Gli esperimenti sono stati condotti in assenza di gravità 41, che ha dimostrato che questi ponti hanno una dipendenza dalla influenza stabilizzante di gravità che mantiene il delicato equilibrio delle forze in un ponte liquido. ent &quot;&gt; ponti EHD liquidi sono un nuovo strumento che può essere aggiunto al repertorio di molte applicazioni di scienze naturali. Essi consentono l&#39;esplorazione dell&#39;interazione di forze di massa e di superficie con campi elettrici applicati esternamente. Aprono la possibilità di esaminare nuovi mezzi di mescolando diversi liquidi 37; cambiare cinetica delle reazioni chimiche 52; trasporto di protoni 44,45, ed esaminando la risposta dei sistemi biologici a tali condizioni 53 Oltre questi ponti permettono l&#39;accesso diretto alla superficie del liquido, senza strutture che sottendono fisicamente, che ha già prodotto nuovo. informazioni spettroscopiche sulle dinamiche in acqua liquida 28 e suggerisce non solo l&#39;esistenza di un interruttore comandato elettricamente stato in cui emergono nuove proprietà di bulk 31 ma al potenziale di esaminare transizioni di fase liquido-liquido 54 attraverso un metodo completamente nuovo. L&#39;applicazione industriale diffusa dei processi EHD (ad esempio </em&gt;, elettrospinning 26, e elettrospray 32,33 metodi) certamente possono beneficiare di un ulteriore studio di questi fenomeni strettamente affini.

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

L'interazione tra i campi elettrici e risultati materia liquidi in un certo numero di forze in evoluzione all'interno della massa del materiale. Nei sistemi reali dielettrici liquidi, i gradienti di campo non trascurabili e rottura di simmetria geometrie determinano una serie di effetti apparentemente peculiari. Hertz è stato uno dei primi a notare il movimento di rotazione in sistemi dielettrico liquido-solido 1. Quincke osservato che la tensione interfacciale tra due fluidi non solo è stato modificato mediante l'applicazione di un campo elettrico esterno, ma che il cambiamento ha comportato lo sforzo delle forze sul corpo fluido e potrebbe essere usato per indurre il movimento di rotazione 2. Armstrong ha scoperto l'acqua ponte galleggiante nel 1893 3, che rimase un trucco partito enigmatico fino a poco tempo quando Fuchs e collaboratori esplorato massa e carica la meccanica di trasporto di 4,5 e riaperto seria indagine scientifica sui meccanismi con cui si formano questi ponti. I campi elettrici hanno l'ability per sollevare liquidi contro la forza di gravità, come il lavoro di Pellat in aumento del liquido dielettrico fra gli elettrodi a piastre parallele mostra 6. Questa azione lifting mostra una dipendenza dalla frequenza e, infine, può essere descritto tramite il tensore degli sforzi di Maxwell 7. Questo è importante se si considera l'aumento del livello del liquido associato a electrohydrodynamic (EHD) ponti liquidi che in condizioni AC non mostrano una dipendenza dalla frequenza 8 simile a elettrowetting sul dielettrico (EWOD) e dielettroforetica (DEP) flusso di massa 9. Inoltre, l'applicazione di elevati potenziali campi elettrici è importante nel controllo getto liquido rompere e l'interazione del campo elettrico con liquidi è essenziale per la comprensione del industrialmente importante processo di atomizzazione elettrospray 10,11. Un campo elettrico esterno non influenza solamente l'energia superficiale. Grazie all'azione di polarizzazione e sollecitazione di taglio, flusso pattern puòessere stabilita. Un esempio è la circolazione di liquidi in presenza di campi elettrici non omogenei. Con la presente le correnti electroconvective sono stabiliti nel rinfuse liquide guidato da sforzi di taglio. Sumoto dimostrato che un motore fluido potrebbe essere costruito utilizzando un rotore di vetro contenente un liquido polare o una barra metallica immersa in un bagno dielettrico non polare e posto all'interno di un campo elettrico disomogeneo 12. Successiva analisi da Okano utilizzato un campo di approssimazione omogeneo 13 per risolvere il problema di rotazione che potrebbe corrispondere solo qualitativamente i risultati sperimentali e ha richiesto i liquidi dielettrici a rispondere come una massa singolare. Altri ricercatori in materia perso il punto di tutto quanto erroneamente riportato e hanno esplorato l'effetto Sumoto come un livello di liquido lievitare 14-16 in risposta al lavoro di campo elettrico lanciato da Pellat 17. L'importanza di simmetria della superficie di rottura per il processo di carica localizzazione e generato taglio stress 18 è essenziale per cogliere per la ricerca sui ponti EHD liquidi. Trattato di Melcher su elettromeccanica continui 19 fornisce una base teorica completa per il trattamento di rinfuse liquide e semplifica le superfici libere entro il limite omogeneo isotropo. L'importanza delle superfici è comunque chiaro anche dal punto di vista continuo come la perdita dei risultati di simmetria in shear stress che possono generare il movimento di massa. Preso nel caso generale di discreti volumi fluidi cellulari che possono essere polarizzata e sono soggetti alla forza di reazione risultante su di approccio alla superficie, l'interazione del campo elettrico può essere sostituito in entrambe le equazioni di Navier-Stokes 20 e Bernoulli 7,21,22 relazioni per descrivere la moltitudine di EHD fenomeni di flusso compresi ponti liquidi. Ulteriori studi di ponti liquidi può migliorare una serie di tecnologie EHD based come a getto d'inchiostro di stampa 23-25, nano-materiali-micro e lavorazione 26-28, consegna di droga 29, 30, 31,32, applicazioni biomediche e desalinizzazione 33. I metodi qui descritti forniscono accesso alla formazione di ponti EHD liquidi che si trovano in liquidi polari cui molecole possiedono un momento di dipolo permanente. I risultati non omogenei campo elettrico imposto in una polarizzazione parziale della popolazione dipolo che producono una modifica locale di costante dielettrica in tal modo rafforzare ulteriormente gradienti di campo 18,34,35. Questa polarizzazione dà luogo ad una forza di spostamento che a seconda della intensità relativa del campo applicato produrrà un numero di differenti risposte liquidi (vedi figure 4-7) eventualmente conseguente formazione di un ponte. Il liquido svilupperà anche un flusso di Taylor 22,36 lungo le superfici degli elettrodi soprattutto nei casi in cui vi è un bordo tagliente presente sugli elettrodi. La possibilità di iniezione di carica a spigoli vivi esiste anche ed è coerente con ilformazione di strati heterocharge che generano correnti electroconvective in rinfuse liquide 22 che collegano così il sistema ponte liquido con l'effetto Sumoto 12. Le relazioni EHD disciplinano per ponti sono ampiamente coperti altrove per acqua e altri liquidi polari 22,36-38. Questi approcci teorici soffrono di alcune limitazioni che devono essere considerati quando si avvicina dati sperimentali. Il Maxwell lo stress trattamento tensore 36 è insensibile alla eterogeneità dei campi così come disuniformità nel ponte liquido. Un approccio puro EHD 37 fornisce le definizioni di stato stazionario del numero electrogravitational e la sua relazione con il rapporto di aspetto ponte; tuttavia, le dinamiche di flusso e importanti fenomeni transitori (ad esempio, la creazione di ponte) non sono previsti. Tre numeri adimensionali sono utili quando si analizza la stabilità del ponte e sono derivati ​​qui come in precedenza pubblicato da Marín &amp; Lohse 37 E) è definito come il rapporto tra le forze elettriche e capillari: <img alt="Equazione 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq1.jpg" width="200"> dove ε 0 è la permittività del vuoto, ε r la permittività dielettrica relativa del liquido, E t è il campo elettrico attraverso il ponte, γ è la tensione superficiale, d s e d l sono le proiezioni verticali ed orizzontali del diametro in modo da a cedere il diametro medio D m. Il numero Bond (Bo) descrive l'equilibrio tra gravità e forze capillari: <img alt="Equazione 2" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq2.jpg" width="150"> dove g è l'accelerazione di gravità, l è la lunghezza del ponte libero, e V è il volume ponte. Il rapporto tragravitazionale, capillare, e le forze elettriche possono essere espressi in termini di numero electrogravitational G E: <img alt="Equazione 3" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq3.jpg" width="200"> L'estensibilità massima di un ponte è legata alla tensione applicata mentre la corrente che fluisce attraverso il ponte è relativo alla sezione trasversale e quindi il diametro. Queste relazioni sono accoppiati, determinare il volume ponte, e quindi definire la regione di stabilità per ogni ponte liquido di servizio. Le curve caratteristiche di un ponte acqua sono riportati nella Figura 3 che mostra una soglia inferiore di sotto della quale il campo applicato è troppo debole per superare le forze di tensione superficiale e una soglia superiore di sopra della quale la massa del ponte è troppo grande conseguente fuoriuscita cui ulteriori sconvolge campo e si traduce in rottura ponte. Il trattamento più generalezione di ponti liquidi in solventi polari 19,22 fornisce i termini di pressione combinata che operano con il ponte di predire le forze che governano la dinamica dei flussi, nel contesto di una equazione di Bernoulli modificata con termini di spostamento elettrici aggiunti al termine pressione. Inoltre il rapporto Onsager per la stabilità dello ione 24 è incorporato in accordo con le osservazioni sperimentali sull'equilibrio pompaggio direzione e emissione termica. Un certo numero di liquidi polari sono stati esplorati compresa l'acqua, gli alcoli alifatici inferiori (ad esempio, metanolo), poli-alcoli (ad esempio, glicerolo), dimetilsolfossido (DMSO), e altre sostanze organiche polari (ad esempio, dimetilformammide). Liquidi dielettrici non polari (ad esempio, esano) non presentano la formazione di ponte. I liquidi dielettrici in grado di supportare ponti finora studiati 8,22,37 si trovano all'interno di un gruppo ben definito di parametri fisici che stabiliscono un buon punto di partenza for ulteriori sperimentazioni: bassa conducibilità (σ &lt;5 mS / cm), moderata permettività relativa static (ε = 20-80), da moderata a elevata tensione superficiale (γ = 21-72 mN / m). È interessante notare che una vasta gamma di viscosità (η = 0,3-987 mPa · sec) opera in tali ponti. Nei liquidi con viscosità sufficientemente elevata come il glicerolo è possibile tirare un ponte direttamente dal rinfuse liquide (vedi Figura 5) ed è un importante collegamento tra le forze dielettroforetica e ponti liquidi. Le soluzioni ioniche (ad esempio, NaCl (aq)) sono altamente distruttivi per colmare la formazione e negli studi precedenti 40 hanno dimostrato di aumentare la temperatura del ponte, diminuire la lunghezza di rapporto di tensione applicata, e per ridurre l'estensibilità. Questo comportamento è in gran parte attribuibile all'effetto carica schermatura di ioni disciolti e l'aumento della conduzione di corrente che riduce l'accoppiamento tra gli elementi di volume di fluido e il campo elettrico. &lt;p class = "jove_content"&gt; Sui fenomeni EHD livello continuo nascono semplicemente perché le condizioni di pressione necessarie che accompagnano electrostriction si trovano solo a livello di interfaccia liquido 21. Inoltre, vi è una relazione tra la stabilità del EHD ponti liquidi e la stabilità delle interfacce nel sistema. In caso di riduzione esperimenti a gravità 41 in espansione risultati Superficie in una forza che strappa il ponte a parte. Allo stesso modo se la superficie è troppo limitata o l'area di contatto sottende piccolo ponte probabilmente svilupperà instabilità. Ciò può essere illustrato nei ponti che sono alimentati da tubi o in caso di ponti verticali in cui un elettrodo viene tirato verso l'alto dalla superficie - i ponti risultanti sono meno stabili nel funzionamento a lungo termine, poiché non hanno la caratteristica dinamica del flusso trovati nella situazione in cui entrambi i serbatoi hanno una grande superficie libera. Bridges cui connessioni con il serbatoio del liquido sono confinati all'interno di tubi in mostra iaccumulo termico ncreased e cadere tensione superficiale. E 'normale che una interfaccia aria si formano spontaneamente all'interno del tubo. Questa condizione limite sia la massima estensibilità e la durata media del ponte per ponti liquidi confinati. Aprire ponti acque superficiali possono essere estesi a 35 mm di lunghezza a 35 kV, mentre non c'è ponte persisterà a un tale tensione di accelerazione in cella come il liquido transizioni preferenzialmente in una modalità elettrospray. Allo stesso modo i ponti acque superficiali gratuito hanno durata di stabilità che si avvicinano 10 ore in condizioni controllate, mentre in sistemi di tubi alimentati il ​​corso della vita è in genere meno di 2 ore. Fenomeni EHD sono in genere prese in considerazione solo a livello di continuità. Sono stati condotti Un numero limitato di studi sulle basi molecolari dei ponti liquidi. Uno studio Raman 42 con ponti in ca verticali indagato la band OH-stretching inter-molecolare rispetto alla massa d'acqua. Alcune modifiche scattering profili dopo l'applicazione del campo elettrico sono dimostrato di avere un origine strutturale. Utilizzando la spettroscopia sonda pompa medio infrarosso ultraveloce su un ponte galleggiante acqua 43 la durata vibrazionale della vibrazione tratto OH di molecole HDO contenuta in un HDO: D 2 O ponte acqua è risultata essere inferiore (630 ± 50 fsec) che per molecole HDO alla rinfusa HDO: D 2 O (740 ± 40 fsec), mentre al contrario, la dinamica termalizzazione seguenti il rilassamento vibrazionale sono molto più lenti (1.500 ± 400 fsec) rispetto alla rinfusa HDO: D 2 O (250 ± 90 fsec). Queste differenze nella dinamica di rilassamento di energia indicano fortemente che il ponte di acqua e massa d'acqua differiscono su scala molecolare. Inoltre, la ricerca sulla emissione infrarossa di un ponte galleggiante acqua ha rivelato una caratteristica non-termica che potrebbe essere dovuto a una transizione da uno stato eccitato allo stato fondamentale di una banda di conduzione protonica 44. Un altro studio più recente reporte Ramand che in acqua DC colma vi è una distribuzione radiale negli spettri che è indicativo della differenza relativa del pH locale tra il nucleo e il guscio esterno del ponte 45. La distribuzione radiale delle caratteristiche fisiche all'interno EHD ponti liquidi è ulteriormente supportata da esperimenti di scattering anelastico UV 46 che dà distribuzioni radiali contraddittorie nei profili di temperatura e di densità e può essere spiegato da una pendenza in gradi di libertà molecolari o la presenza di una fase secondaria come bolle nano. Il concetto successiva non è supportato da un piccolo angolo di raggi X studio dispersione 47 mentre il concetto di rotazione ostacolato (cioè librazione) è supportato da spettri di emissione infrarossa 44. La direzione del flusso preferenziale in EHD ponti liquidi deriva da variazioni della cinetica di auto-dissociazione. In accordo con il lavoro di Onsager questo risultato promettente per il collegamento di fenomeni a livello molecolare e del continuo &lt;sup&gt; 22. Ulteriore evidenza di una base molecolare per fenomeni EHD è situato nella osservazione che l'emissione termica da una gocciolina dielettrico riduce localmente in risposta al campo elettrico crescente e raggiunge un minimo appena prima dell'insorgenza di un ponte (vedi Figura 7). Ponti EHD liquidi presentano una opportunità di esaminare l'interazione tra le forze a più scale di lunghezza ed è l'obiettivo specifico di questo lavoro di fornire un metodo standardizzato per la produzione di questi tipi di ponti in un certo numero di liquidi con qualsiasi orientamento rispetto alla forza di gravità che supporta la emergere il set completo di fenomeni caratteristici discusso in precedenza.

<table><tbody><tr><td>Piastre di cristallizzazione in borosilicato</td><td>VWR</td><td>216-0064</td><td></td></tr><tr><td>Pallone a fondo tondo a doppia parete con aperture GL14 e GL8 e porta per giunto sferico da 6 mm</td><td>LGS</td><td>SP757102a</td><td>Vetreria personalizzata con almeno due aperture, una per l'elettrodo, una per il beccuccio del ponte.</td></tr><tr><td>Piattaforme regolabili</td><td>Rudolf Grauer AG</td><td>Swiss Boy 115</td><td></td></tr><tr><td>Motion Translation Stage</td><td>Thorlabs</td><td>MTS25/M-Z8E</td><td>Stadio motorizzato completo, controller e alimentatore</td></tr><tr><td>Piastre</td><td></td><td></td> isolanti <td>Dovrebbe essere appropriato per resistere alle tensioni previste senza guasti</td></tr><tr><td>Elettrodi Pt</td><td>Alfa-Aesar</td><td>000261</td><td>Lavare e quindi sonicare in 18.2 M&Omega; acqua prima dell'uso</td></tr><tr><td>HVPS</td><td>FUG GmbH</td><td>HCP 350-65000</td><td>65 kV DC a 5 mA di uscita massima</td></tr><tr><td>Sistema di sonde di temperatura in fibra ottica Sensore</td><td>OpSens</td><td>OTG-F / Unità di controllo XXX-XXX</td><td>Velocità di lettura 1 kHz, precisione 0,01 K, dimensione della sonda 120 &#956; m</td></tr><tr><td>Telecamera a infrarossi a onde lunghe</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Taurus 110K L</td><td>168 FPS 384 x 288 Sensibilità < 30 mK</td></tr><tr><td>Telecamera a infrarossi a onde lunghe</td><td>FLIR</td><td>FLIR 620</td><td>30 FPS 640 x 480 pixel Sensibilità a < 45 mK</td></tr><tr><td>Telecamera a infrarossi a onde medie e lunghe Dual Band</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Geminis 110k ML</td><td></td></tr><tr><td>Fotocamera digitale</td><td>Canon</td><td>550D</td><td>Utilizzata sia per video che per fotogrammi fissi</td></tr><tr><td>Treppiede</td><td>Manfrotto</td><td>475B/405</td><td></td></tr><tr><td>18.2 M&Omega; Acqua</td><td>Milli-Q</td><td>Advantage</td><td>Lasciare equilibrare 24 ore dopo l'erogazione in bottiglie di borosilicato trasparenti</td></tr><tr><td>Metanolo disidratato con meno dello 0,0050% di acqua AnalaR NORMAPUR</td><td>VWR-BDH</td><td>20856.296</td><td>Conservare all'asciutto fino al momento del bisogno</td></tr><tr><td>Glicerolo anidro per sintesi</td><td>VWR - Merck Millipore</td><td>8.18709.1000</td><td>Conservare all'asciutto fino al momento del bisogno</td></tr><tr><td>Dimetilsolfossido, grado ACS</td><td>VWR-BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td>Mantenere asciutto fino al momento del bisogno</td></tr></tbody></table>

la preparazione di electrohydrodynamic ponti da polar dielettrici liquidi

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Ponti orizzontali e verticali liquidi sono strumenti semplici e potenti per esplorare l&#39;interazione di campi elettrici ad alta intensità (8-20 kV / cm) e liquidi dielettrici polari. Questi ponti sono unici da ponti capillari in quanto presentano estensibilità al di là di pochi millimetri, hanno complessi modelli di trasferimento di massa bi-direzionale, ed emettono non-Planck radiazione infrarossa. Un certo numero di comuni solventi può formare tali ponti, nonché soluzioni a bassa conducibilità e sospensioni colloidali. Il comportamento macroscopico è governato da electrohydrodynamics e fornisce un mezzo per studiare fenomeni fluidodinamici senza la presenza di pareti rigide. Prima della comparsa di un ponte vari fenomeni importanti liquido può essere osservato tra cui avanza l&#39;altezza del menisco (elettrowetting), circolazione di fluido di massa (l&#39;effetto Sumoto), e l&#39;espulsione di goccioline cariche (elettrospray). L&#39;interazione tra superficie, polarizzazione, e le forze di spostamento può essere esaminato direttamentevariando la tensione applicata e la lunghezza del ponte. Il campo elettrico, assistito dalla forza di gravità, stabilizza il ponte liquido contro le instabilità di Rayleigh-Plateau. Costruzione di apparecchi di base sia per l&#39;orientamento verticale e orizzontale con esempi operativi, comprese le immagini termografiche, per tre liquidi (ad esempio, acqua, DMSO e glicerolo) è presentato.

Electrohydrodynamic ponti liquidi si distinguono dai ponti liquidi capillari da tre proprietà: 1) flusso, 2) l'estensibilità, 3) emissione termica; un confronto è mostrato in Figura 2. Prima dell'applicazione di piccoli ponti capillari tensione sono spesso osservabili tra i due vasi quando il livello del liquido è anche con i beccucci nella configurazione orizzontale. Essi sono inevitabili nella configurazione verticale quando la distanza è minore di qualche millimetro. La tensione può essere applicata sia in una rampa (vedi 3.4.2.1 nel protocollo) o passo (vedi 3.4.2.2 nel protocollo). Tensioni di sotto del valore di soglia (V t) non produrrà un ponte EHD ma può innescare diversi altri fenomeni quali l'espansione del volume di liquido (Figura 4), ​​il movimento verso l'alto della linea di contatto elettrodo liquido (Figura 5), la rotazione e la circolazione del liquido bulk (Figura 6), Electrospraying e formazione di getti (Figura 7). V t è una proprietà del liquido dielettrico in esame, la concentrazione ed il tipo di componenti presenti, così come l'atmosfera schermatura utilizzati. La soglia di accensione è anche una funzione di separazione nave. Mentre accensione ponte è possibile con separazioni di molti millimetri la tensione applicata deve essere superiore ad un periodo più lungo di riposo può essere osservato con electrospraying più violenta prima è formata una connessione liquido stabile. Ad esempio, con serbatoi d'acqua riempito separati da 5 mm, V t aumenta a 17-20 kV o superiore. Una volta V t è stata superata una combinazione di archi e spruzzatura marchi accensione (figure 8a, 9a), seguita immediatamente dalla formazione di un ponte sottile &lt;1 mm di diametro. Una volta stabilito il ponte flusso di corrente seguita da gonfiore del ponte (Figure 8b, 9b) per3-5 mm di diametro a seconda delle condizioni. In molti dei liquidi studiate finora il tempo dal ponte di accensione al rigonfiamento è tra 10-500 msec ed è in gran parte una funzione della tensione applicata, la distanza di separazione, e la viscosità del liquido 8,22,37. Nel ponti orizzontali direzione di flusso dipende dalle condizioni liquidi specifici. Tipicamente il flusso netto va da anodo verso il catodo quando la polarità alta tensione è positiva. Su estensione (Figura 8c) il diametro fluttuerà in genere a basse frequenze tra 1-10 Hz. Oscillazioni di frequenza più elevate anche verificano e sono visibili come onde di superficie. Otticamente onde di densità attivi sono visibili nel corpo ponte quando torna illuminato con un modello di frangia binario. La funzione specifica risposta del sistema dipende sia il sistema liquido nonché le caratteristiche di alimentazione. Ponti verticali sono simili in molti aspetti alla hquelle orizzontali; tuttavia, questi non presenti segni di forte flusso di massa e in genere hanno una forma ad anfora-come esagerata. Aumentando i risultati di tensione di guida in una colonna più cilindrica di liquido e di estensibilità (Figura 9c) è un po 'meglio rispetto a ponti orizzontali (ad esempio 1,25 mm / kV per l'acqua). Come ponti orizzontali ponti verticali possono formarsi senza il contatto diretto tra i corpi fluidi prima della tensione. In questo caso un cono di Taylor si osserva per formare sul droplet pendulo superiore. Questo spray si estenderà verso il basso formando un getto stabile che si gonfia rapidamente a contatto con la goccia sessile inferiore. A differenza electrosprays, ponti EHD nei liquidi dielettrici polari dissipano energia sotto forma sia di termica e infrarossi (IR) radiazione non-termica 44. Registrazione termografica di ponti liquidi (Figure 7-10) è uno strumento utile per esaminare la dinamica dei flussi superficiali nonché per quantifying il operando in IR distribuzione attiva di energia. Emissione termica è dovuto in gran parte al riscaldamento ohmico ed è quindi una misura sensibile di stabilità ioni come diversi liquidi tendono a surriscaldarsi in modo diverso a parità di potenza dissipata. Per i ponti di acqua di esempio (Figura 9c) operano tipicamente tra 35-50 ° C, e ponti alcol corrono un paio di gradi più fresco in ragione tanto della pressione di vapore più bassa, così come le differenze nella stabilità di ioni 39. Un altro esempio di questo comportamento legato è situato in DMSO aprotico che ha bassa pressione di vapore e forma ioni negativi che migrano in direzione opposta alla maggior parte degli altri liquidi polari. Ponti DMSO tendono ad operare a temperature vicine a 100 ° C (Figura 10a). Viscosità e calore capacità anche svolgere un ruolo importante nel modo in cui l'energia termica viene dissipata nel sistema come si può vedere dal riscaldamento localizzato trovato nei ponti glicerolo (Figura 10b). <p class='"jove_content"&gt;' ponte di rottura pu avvenire attraverso una serie percorsi. sar probabilmente accadere quando il o troppo estesa per la tensione funzionamento viene abbassata applicata al sotto del valore necessario mantenere un ad data lunghezza come previsto dal numero electrogravitational. solito proceder riduzione diametro>(figure 8d, 9d) fino a raggiungere un valore critico e instabilità di Rayleigh-Plateau interrompere l'(8e figure, 9e) ponte ligando-come in una stringa di gocce che migreranno in campo elettrico. Un'altra modalità di interruzione ponte, di solito si trova solo nella configurazione orizzontale, si verifica quando il diametro del ponte diventa troppo grande con conseguente alta massa e un getto d'acqua verso il basso. Questo comportamento può portare ad oscillazioni del ponte producendo un effetto "oscillante", che può causare il ponte per destabilizzare nuovamente in gocce. Grandi brid diametroGES possono verificarsi come risultato di un eccesso di pressione idrostatica testa in un vaso a causa del flusso unidirezionale che si traduce in una condizione di overflow; in alternativa, aumentando la tensione a valori alti, con solo un piccolo separazione produrrà una vasta ponte o "autostrada dell'acqua". Questi grandi ponti diametro può anche fallire da collassare in un'unica grande goccia che cade verso il basso per gravità. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" width="500"> Figura 1 Attrezzatura di base per EHD esperimenti ponte liquido. Rappresentazione schematica di un tipico (b) sistema sperimentale (a) orizzontale e verticale per la creazione di EHD ponti liquidi. Alcuni particolari meccanici come cinghie di fissaggio e supporti elettrodi sono omessi per chiarezza. Le componenti essenziali sono vasi liquidi (i), piattaforme o mo isolantiUNTS (j), elettrodi (k), e un alimentatore ad alta tensione (m). Fasi di traslazione lineare sono raccomandati per la sicura separazione delle due navi è stabilito una volta un ponte. Il bastone morto mostrato nel grafico (c) è assemblato da un pezzo di materiale non conduttivo rigido (p), un'asta di metallo conduttivo (q), e diversi giri di nastro isolante applicato in modo intersecato o altro materiale di fissaggio (r) . La fine metallo è utilizzato per formare una breve tra i due elettrodi dopo la conclusione degli esperimenti per assicurare che il circuito viene scaricato prima di attrezzature per la movimentazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" width="500"> Figura 2 Confronto tra capillari e EHD ponti d'acqua.Un ponte capillare orizzontale può comprendere solo un piccolo spazio di 1,5 mm (a), mentre, ponti EHD orizzontali a tre diverse tensioni 4 kV (b), 6 kV (c), 8 kV (d) passano facilmente il divario. Si noti che i ponti EHD scorrono sopra i beccucci, mentre un ponte capillare è sospeso tra i beccucci. Allo stesso modo il ponte capillare verticale (e) ha una vita stretta (circa 1,5 mm di diametro.) E può essere prorogato solo ~ 3,3 millimetri a differenza di ponti EHD verticali che estensibile. Tre ponti EHD guidati a 4 kV (f), 6 kV (g), e 8 kV (h) alla stessa distanza di separazione come il ponte capillare sono mostrati. Tensione superiore aumenta ponte diametro vita, velocità di flusso e maggiore riscaldamento per effetto della maggiore dissipazione di potenza nel ponte. Un aumento nella formazione di bolle si osserva anche a tensioni superiori come solubilità del gas diminuisce all'aumentare della temperatura. La barra della scalain tutti i fotogrammi è di 1 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" width="500"> Figura 3 Curve caratteristiche per un ponte di acqua liquida. La relazione corrente-tensione per ponti di acqua liquida a 0, 5, 10, 15 mm distanza di separazione è tracciata. Una soglia più bassa di sotto della quale non c'è ponte liquido si forma (vedi riquadro foto in basso a sinistra), e una soglia superiore oltre il quale ponti sono instabili (foto dell'inserzione 1-4) legati alla regione di stabilità. Per la maggior parte dei ponti con qualche estensione misurabile (cioè ≥ 5 mm) la dissipazione di potenza totale compreso tra i 10 ei 20 watt. La rottura di un ponte oltre la soglia superiore spesso seguire una sequenza di eventi qualificate dal operat normaleione (riquadro 1), a perdite (riquadro 2), cascante (riquadro 3), e, infine, rottura (riquadro 4). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" width="500"> Figura 4 Espansione di volume. L'intera superficie del liquido dei due vasi può essere visto salire in risposta al campo elettrico applicato con l'ausilio di un modello di frangia binario proiettata. Due bicchieri Teflon pieni di acqua vengono esposte con un motivo a frangia proiettata a due diverse tensioni applicate a) 0 kV e b) 15 kV. La variazione della frangia proiettata (pannello C) viene analizzata utilizzando IDEA software 33 che utilizza una trasformata di Fourier filtrato per convertire i cambiamenti nella frequenza di modulazione per una frangiaaumento altezza relativa. La non uniformità dello spostamento rilevato è dovuto alla bassa frequenza spaziale della frangia proiettata e artefatti a causa della trasformata coseno discreta metodo fase scartare base. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" width="500"> Figura 5 dielettroforesi e Elettrowetting. La risposta elettromeccanica di glicerolo ad alti potenziali campi elettrici. Due elettrodi di platino immersi in glicerolo anidro a 0 kV (a), e 19 kV (b) mostrano come il liquido è fortemente spinto verso l'alto. In una variante dell'esperimento di Pellat il volume alzato viene completamente rimosso dal serbatoio sottende ottenendo un bridg EHD gliceroloe tenuto tra i due elettrodi (c). Analogamente, nel caso di elettrodi a forma di asta (d) la linea di contatto avanza l'elettrodo con applicazione di 15 kV (e) innalzamento gli elettrodi tira il corpo liquido verso l'alto per formare tronco-conica (f) mostra la bagnabilità migliorata generato dalla forte campi. Barre di scala sono 5 mm. Stills tratte dal video supplementari S1 (ac) e S2 (DF). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" width="500"> Figura 6 Effetto Sumoto visualizzato nell'infrarosso. Sequenza di immagini ad infrarossi di un singolo vaso di glicerolo in un campo elettrico non omogeneo fornita utilizzando un elettrodo piano punto semplicesistema illustrato nella luce visibile nel grafico (a). Potenza (19 kV DC) viene applicata a t = 0 sec. Raffreddamento superficiale locale avviene sotto l'elettrodo punto (t = 15 sec) Questo raffreddamento locale diffonde attraverso la superficie e sviluppa eterogeneità, la generazione di una forza di rotazione mentre immediato è inizialmente piccolo e richiede circa 75 secondi per diventare visibile sulla superficie. Il tempo tra i fotogrammi è di 15 sec. Barra di scala è di 10 mm. Stills da video supplementare S3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig7highres.jpg" width="500"> Figura 7 di raffreddamento pre-accensione in un sistema di ponte verticale con 10 mm di distanza di separazione. Il cono di Taylor superiore e inferiore goccia sessile di un ponte d'acqua verticale set-u p sono mostrati in primo piano nel corso di una rampa di tensione. Le immagini sono in infrarosso a onde lunghe e rappresentano l'emissione di superficie. Dalle immagini c'è un raffreddamento costante e allungamento (ad) di entrambe le superfici liquide come la tensione applicata viene aumentata sia raggiungimento di una temperatura minima di 1-2 ° C al di sotto iniziale (a) appena prima dell'espulsione di un getto (e) dal cono di Taylor superiore. La gocciolina inferiore indietreggia prima del getto carica ma unisce rapidamente dopo contatto (ef), l'emissione aumenta rapidamente come un ponte stabile EHD liquido è stabilito (g). Riduzione di temperatura è stata confermata con un termo-sonda a fibre ottiche. La goccia sessile inferiore è ~ 2 ° C più caldo del cono superiore a causa di un'operazione precedentemente; tipicamente la nave alta tensione raggiunga una temperatura leggermente superiore. Stills da video supplementari S4 (in alto a cono) e S5 (goccia in basso).caricare / 51819 / 51819fig7highres.jpg "target =" _blank "&gt; Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" width="500"> Figura 8 immagini termografiche di un ponte d'acqua orizzontale da accensione di estinzione. Serie Rappresentante del composito mid-onda (3,7-5,0 micron) e onde lunghe (8,0-9,4 micron) immagini a infrarossi che caratterizzano le fasi operative per ponti orizzontali liquidi indicati per acqua: (a) accensione, (b) di espansione, (c) estensione, (d) stabilizzazione, (e) rottura. In questa sequenza di immagini il ponte è stato spento togliendo l'alimentazione al sistema. Stills di supplementare il video S6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per visualizzare un</a>grande versione di questa figura. <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" width="500"> . Figura 9 immagini termografiche di un ponte d'acqua verticale da accensione all'estinzione serie rappresentativa di onde lunghe a infrarossi (7,5-9,0 micron) le immagini che caratterizzano le fasi operative per ponti liquidi verticali indicati per l'acqua: (a) l'accensione, (b) l'espansione , (c) tensione ridotta, (d) la formazione ligando, (e) rottura in gocce sotto l'influenza di instabilità di Rayleigh-plateau. Il tempo trascorso è mostrato in msec. Il contrasto di fondo è stato adeguato negli ultimi fotogrammi per migliorare la visualizzazione delle gocce. Stills da video supplementare S7. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per visualizzare un ver più grande</a>sione di questa figura. <img alt="Figura 10" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" width="500"> Figura 10 immagini termografiche di ponti orizzontali in DMSO e glicerolo. Dimetilsolfossido (DMSO) (a), e glicerolo (b) emissione di ponte in un composito di mid-onde (3,7-5,0 micron) e onde lunghe a infrarossi (8,0-9,4 micron). Stills da video supplementari S8 (DMSO) e S9 (glicerolo). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

Ponti liquidi electrohydrodynamic orizzontali e verticali sono strumenti semplici e potenti per esplorare l&#39;interazione di alta intensità di campi elettrici e liquidi dielettrici polari. La costruzione di apparecchi di base ed esempi operativi, comprese le immagini termografiche, per tre liquidi (ad esempio, acqua, DMSO e glicerolo) è presentato.

La preparazione di Electrohydrodynamic Ponti da Polar dielettrici liquidi

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

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di creare e studiare ponti liquidi elettroidrodinamici tra due contenitori riempiti con liquido polare puro. Ciò si ottiene posizionando prima due bicchieri su piattaforme isolanti, avvicinandoli e riempiendoli con un liquido polare puro. Il secondo passo consiste nell'immergere gli elettrodi di platino puro in ciascuno dei becher.Successivamente, viene applicata una tensione CC di circa 15 kilovolt tra gli elettrodi, che crea un ponte di liquido tra i becher. Il passaggio finale consiste nel separare i bicchieri di alcuni centimetri per creare una connessione libera del liquido sospeso. In definitiva, questi esperimenti dimostrano che questi ponti liquidi hanno una stabilità operativa ben definita, possiedono modelli di flusso complessi ed emettono radiazioni termiche basate su registrazioni video ad alta velocità, visibili e infrarosse.Le implicazioni di questa tecnica si estendono alle scienze ambientali, alla tecnologia di processo e alla microbiologia perché campi elettrici della stessa grandezza si trovano comunemente in natura e possono essere impiegati nella produzione di materiali avanzati. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sull'acqua, la fisica, la chimica e la biologia, può essere applicato anche ad altri sistemi. Alcoli, DMO, acetone, glicerolo, qualsiasi liquido con un forte momento di dipolo permanente e una bassa conducibilità.Prepararsi per l'impostazione dell'esperimento indossando guanti monouso senza polvere per evitare la contaminazione dell'apparato. Quindi controlla che tutte le superfici che verranno a contatto con il liquido oggetto dello studio siano pulite. Questo video si concentrerà su un sistema di ponti orizzontali composto da due piattaforme regolabili in altezza su una superficie piana non conduttiva.Le due piattaforme devono avere la stessa altezza con una piattaforma fissata in posizione. L'altra piattaforma è montata su un tavolino lineare motorizzato che può viaggiare di almeno 25 millimetri in orizzontale. Una lastra acrilica isolante è fissata alla parte superiore di ciascuna piattaforma in modo che la sporga di almeno 10 millimetri su tutti i lati.I fogli sono sufficientemente spessi da evitare guasti alla tensione massima prevista. Ora prepara l'apparato elettrico. Iniziare con un alimentatore ad alta tensione collegato correttamente con l'uscita disabilitata.Procurarsi un filo ad alta tensione e un filo di terra, ciascuno con una clip a coccodrillo saldata a un'estremità. Collegare un filo a ciascuno dei terminali di alta tensione e terra dell'alimentatore, mantenendo libere le clip a coccodrillo. Successivamente, costruisci i supporti per gli elettrodi su ciascuna piattaforma.Per ogni supporto fissare un'asta isolante rigida a un supporto ad anello in modo che l'asta si estenda orizzontalmente su una piattaforma. Posizionare il cavo ad alta tensione sopra il supporto per la piattaforma fissa. Fissare il filo sul supporto in modo che la clip a coccodrillo sia sospesa sopra la piattaforma.Fissare il filo di terra sull'altro supporto in modo che la clip a coccodrillo sia sospesa sulla piattaforma mobile. Quindi, collegare un elettrodo di platino di purezza superiore al 99% alla clip a coccodrillo del filo di terra. Collegare un elettrodo di platino identico al filo ad alta tensione.Il passo successivo è quello di introdurre qui il liquido, l'acqua deionizzata. Questo esperimento utilizza due piastre di cristallizzazione da 60 millilitri per trattenere il liquido. Riempi ogni recipiente entro uno o cinque millimetri dal bordo, circa 67 grammi di acqua prima di procedere.Utilizzare un conduttimetro per essere certi che la conducibilità sia inferiore a un microsiemens per centimetro. Quando è pronto, posizionare un recipiente su ciascuna delle piattaforme isolanti. Disponili in modo che entrino fisicamente in contatto l'uno con l'altro in un punto, in questo caso in corrispondenza dei beccucci.Quindi, regolare l'altezza della piattaforma in modo che il liquido entri in contatto solo con gli elettrodi di platino e non con le clip o i fili a coccodrillo. Quindi posizionare gli elettrodi di platino nei recipienti riempiti di liquido in modo che si trovino a una distanza minima di 15 millimetri dalla posizione di contatto in cui si formerà il ponte, se lo si desidera. Bagnare la punta di una pipetta nel fluido e utilizzarla per bagnare i beccucci come ausilio per l'accensione del ponte.Prima di alimentare l'esperimento, verificarne la sicurezza elettrica. Inoltre, assicurarsi che tutte le superfici siano asciutte e che non ci siano liquidi sulle piattaforme isolanti. Con l'uscita dell'alimentatore ancora disabilitata, configurarla per l'esperimento.Impostare il limite di corrente in modo da non fornire più di cinque o sei milliampere di corrente. Inoltre, assicurati che l'alimentatore sia impostato per fornire zero volt. Quindi abilitare l'uscita dell'alimentatore e aumentare lentamente il limite di tensione a una velocità di circa 250 volt al secondo.Monitorare le imbarcazioni e osservare quando si verifica l'accensione del ponte. La tensione alla quale ciò avviene è la soglia di accensione approssimativa. Confermare l'accensione del ponte osservando un flusso costante di liquido che scorre tra i due recipienti.Questo video ad alta velocità di un esperimento simile fornisce un esempio di accensione a ponte e l'instaurazione di un flusso costante. Ora, a seconda del liquido, aumentare la tensione a 10-15 kilovolt e la corrente a circa 1000 milliampere per sintonizzare il ponte per l'estensione. Fatto ciò, utilizzare lo stadio di traslazione per spostare l'imbarcazione collegata al terminale di terra.Traslare la nave in modo che il ponte sia esteso di un millimetro per kilovolt di tensione applicata fino a 25 millimetri in 30-60 secondi. Se necessario, è possibile eseguire ulteriori accordature. L'estensione del ponte è dimostrata in questo video clip di un esperimento comparabile.Un ponte stabile può durare molte ore per estinguere il ponte, disabilitare l'uscita dell'alimentatore ad alta tensione e attendere alcuni secondi affinché i condensatori si scarichino. Raccogli un bastone morto e avvicinati al sistema. Utilizzare il bastoncino morto per cortocircuitare i portaelettrodi.Una volta fatto ciò, è possibile gestire in sicurezza tutte le parti precedentemente eccitate tracciate. Ecco la relazione di tensione corrente per i ponti orizzontali dell'acqua liquida. Questi ponti sono stati ottenuti con spazi vuoti di 0, 5, 10 e 15 millimetri poiché la tensione è stata scalata da zero.Una regione di stabilità è delimitata da una soglia inferiore al di sotto della quale non si formerà alcun ponte liquido e da una soglia superiore al di sopra della quale i ponti sono instabili. I riquadri etichettati da uno a quattro mostrano la rottura di un ponte di 15 millimetri oltre la soglia superiore. La maggior parte dei ponti con estensione di cinque millimetri o più ha una dissipazione di potenza totale compresa tra 10 e 20 watt.In questo video termografico, un ponte d'acqua orizzontale viene acceso in un sistema con una separazione iniziale di zero millimetri. Una volta stabilito il ponte, il flusso di corrente porta a un rigonfiamento fino a un diametro di diversi millimetri. Quando il ponte viene esteso, il diametro subisce fluttuazioni a bassa frequenza.Le onde superficiali visibili forniscono la prova di oscillazioni ad alta frequenza nel sistema. Quando l'alimentazione non viene più fornita al sistema, il ponte riduce il suo diametro. Alla fine, le instabilità interrompono il ponte e formano una serie di goccioline che migrano nel campo elettrico dopo il suo sviluppo.Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della tecnologia dell'acqua per esplorare come i campi elettromagnetici influenzano la qualità dell'acqua. Il ponte è un laboratorio a sé stante e apre nuove possibilità precedentemente non disponibili. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come creare un ponte liquido galleggiante orizzontale e quindi un nuovo stato liquido con cui sperimentare come descritto nel manoscritto, questi ponti possono essere creati anche verticalmente.

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