Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Znane od tysiącleci, a wciąż zaskakuje. Naukowcy odkryli potrójne zjawisko Leidenfrosta

Recommended Posts

Zjawisko Leidenfrosta znane jest ludzkości od tysiącleci. W jego wyniku krople cieczy spadając na gorącą powierzchnię, nie odparowują od razu, ale poruszają się nad nią. Ich odparowanie może trwać dłuższy czas. Spowodowane jest to tym, że w kontakcie cieczy z gorącą powierzchnią pojawia się para, która tworzy poduszkę. Krople lewitują, a para izoluje ciecz od powierzchni.

Naukowcy z Meksyku i Francji, pracujący pod kierunkiem  Felipe Pacheco-Vázqueza z Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, zaobserwowali właśnie nowy typ zjawiska Leidenfrosta i nazwali go potrójnym zjawiskiem Leidenfrosta.

Zespół Pacheco-Vázqueza sprawdzał, co się stanie, gdy wiele kropli zostanie umieszczonych na gorącej, nieco wklęsłej, powierzchni. Krople w naturalny sposób przesuwały się ku najniższemu punktowi powierzchni w centrum. Gdy używano wody, jej krople po spotkaniu się w centrum niemal natychmiast się łączyły w jedną dużą kroplę. Jednak gdy użyto wody i etanolu okazało się, że krople różnych cieczy wielokrotnie odbijają się od siebie, zanim się połączą.

Naukowcy wysunęli hipotezę, że zjawisko to zachodzi, gdyż pojawiają się trzy warstwy pary. Dwie pierwsze znajdują się pod każdą z kropli, a trzecia pojawia się pomiędzy nimi w momencie, gdy się stykają. Ta trzecia warstwa tworzy się z powodu różnicy temperatury wrzenia obu płynów. Różnica ta powoduje, że cieplejsza kropla – w tym wypadku woda – działa na etanol jak gorąca powierzchnia. Pomiędzy kroplami pojawia się więc warstwa pary, która uniemożliwia ich zlanie się i krople odbijają się od siebie.

W końcu kropla szybciej odparowującego etanolu staje się tak mała, że nie jest w stanie wytworzyć tyle pary, by zapobiec połączeniu się kropli. Wówczas się zlewają.

Badacze przetestowali swoją hipotezę używając 10 różnych rodzajów płynów. Okazało się, że mieli rację. Krople płynów o znacząco różnych temperaturach wrzenia odbijały się od siebie, podczas gdy płynów o podobnych temperaturach wrzenia do odbijania się nie dochodziło i krople szybko się łączyły.

Zdaniem odkrywców potrójnego zjawiska Leidenfrosta, dokładne jego zbadanie będzie pomocne w mikrofluidyce, nauce zajmującej się płynami w małej skali, gdzie siły powierzchniowe odgrywają główną rolę. Pozwoli to np. zrozumieć, jak oddziałują ze sobą krople paliwa w przegrzanych silnikach.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe, czy oni są świadomi, że to tylko dzięki ziemskiej grawitacji wynik jest akurat taki? 
Malowanie syfa pudrem jak dla mnie. Co to ma niby wnieść do nauki? Niech sobie te eksperymenty powtórzą na stacji kosmicznej czy coś. Przecież ogólny zarys sytuacji jest tutaj wypaczony przez pole grawitacyjne.  

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 godziny temu, l_smolinski napisał:

Ciekawe, czy oni są świadomi, że to tylko dzięki ziemskiej grawitacji wynik jest akurat taki? 
(...) Przecież ogólny zarys sytuacji jest tutaj wypaczony przez pole grawitacyjne.

Oczywiście, że zawodowi fizycy tej świadomości nie mają:P, natomiast fizyk-amator smoliński nie ma świadomości, że zjawisko zachodzi TYLKO pod wpływem grawitacji.

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 godzin temu, l_smolinski napisał:

Ciekawe, czy oni są świadomi, że to tylko dzięki ziemskiej grawitacji wynik jest akurat taki?

Ciekawe dlaczego użyli nieco wklęsłej powierzchni:unsure: I myślę, że efekt poduszki parowej pomiędzy kroplami płynów o znacząco różnej temperaturze wrzenia będzie występował również w nieważkości. W końcu chodzi o to, że jedna z kropli paruje gwałtowniej.

Share this post


Link to post
Share on other sites
48 minut temu, Jajcenty napisał:

I myślę, że efekt poduszki parowej pomiędzy kroplami płynów o znacząco różnej temperaturze wrzenia będzie występował również w nieważkości.

Ale spektakularnego;) i znamiennego dla zjawiska efektu cyklicznego podskakiwania nie będzie.:(  Skończy się na jednorazowym hołubcu.

Tzn piszę o efekcie  Leidenfrosta,  czyli podskakiwaniu  cieczy na gorącej powierzchni, a nie  o odkrytym zjawisku łączenia/nie łączenia się kropel cieczy.

Share this post


Link to post
Share on other sites
20 minut temu, 3grosze napisał:

Ale spektakularnego;) i znamiennego dla zjawiska efektu cyklicznego podskakiwania nie będzie.

Nie mogę się nie zgodzić. Jednak do badania w mikrograwitacji już mam zarys czegoś w rodzaju reaktora fluidalnego czyli pętla z rury pleksi z wbudowaną grzałką i wentylatorkiem. Jako media mogą być woda i eter etylowy (tmp wrz. 35 st C).  Teraz tylko do NASA, trochę dolarów i nasza ciekawość zostanie zaspokojona :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 godzin temu, 3grosze napisał:

Oczywiście, że zawodowi fizycy tej świadomości nie mają:P, natomiast fizyk-amator smoliński nie ma świadomości, że zjawisko zachodzi TYLKO pod wpływem grawitacji.

Widzę, że nie lubisz w ironie. Cóż na szczęście nie do ciebie to pisałem.
 

2 godziny temu, Jajcenty napisał:

że efekt poduszki parowej pomiędzy kroplami płynów o znacząco różnej temperaturze wrzenia będzie występował również w nieważkości

Siły elektrostatyczne będą miały przewagę. Żadnego parowani nie będzie przy wrzeniu. Przecież proces parowania jest konsekwencją pola grawitacyjnego. Obawiam się, że nie znasz tematu :P

Share this post


Link to post
Share on other sites
6 minut temu, l_smolinski napisał:

Przecież proces parowania jest konsekwencją pola grawitacyjnego

To zmiana fazy i nie ma nic wspólnego z grawitacją. PV=nRT i takie tam. No i to wideo raczej potwierdza moja tezę?

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 godzin temu, l_smolinski napisał:

Przecież proces parowania jest konsekwencją pola grawitacyjnego.

I to jest charakterystyczne w amatorskim uprawianiu fizyki: można się mądrzyć z zawodowcami w niuansach fizyki cząstek elementarnych czy astrofizyce i jednocześnie wykazywać ignorancję w podstawach.

Edited by 3grosze

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 godzin temu, Jajcenty napisał:

To zmiana fazy i nie ma nic wspólnego z grawitacją. PV=nRT i takie tam. No i to wideo raczej potwierdza moja tezę?

Wzór nie uwzględnia grawitacji i tyle, eksperymenty przeprowadzone na ziemi zakładają stałą g  - traktowaną jako współczynnik, nie wiadomo nawet gdzie ukryty. Nie wzięcie pod uwagę pola grawitacyjnego i ciśnienia jakie wytwarzają cząsteczki wraz ze zmianą wysokości (nie wiem w jakieś tubie), no bo niby czemu wrzenie idzie ku górze?. No ja tam coś innego widzę na filmiku. Woda wrze ale nie  paruje.  No, ale załóżmy, że nie mam racji. Nie zmienia to faktu, że  zjawisko Leidenfrosta w przestrzeni kosmicznej nie będzie miało miejsca bo nie ma wyróżnionej pozycji góra dół. Rozkład hipotetycznego parowania miał by zupełnie inny kształt (sfera). Czyli mechanizm parowania zachodzi, ale jest kompensowany przez siły elektrostatyczne.

Ja twierdze, że nic takiego nie miało by miejsca bo siły elektrostatyczne miały by tam przewagę - przy sferycznym rozkładzie parowania.

No i same cząsteczki wody tworzą pole grawitacyjne, ale nie wiem czy to na tyle istotne, aby powstrzymało parowanie.



 

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 minut temu, l_smolinski napisał:

No ja tam coś innego widzę na filmiku. Woda wrze ale nie  paruje

Bożższe ratunku:excl: Wrzenie to parowanie przecież !

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 minuty temu, 3grosze napisał:

Bożższe ratunku:excl: Wrzenie to parowanie przecież !

Czym innym jest proces przemieszczani się pary, czyli "parowania".  Czymś innym jest proces zamiany wody w parę. Po prostu nie rozumiesz pojęć których używasz. 

  • Confused 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 minut temu, l_smolinski napisał:

Ja twierdze, że nic takiego nie miało by miejsca bo siły elektrostatyczne miały by tam przewagę - przy sferycznym rozkładzie parowania.

No i to trochę zależy od mocy - w eksperymencie mamy założenie dużej różnicy temperatur. Jak będziesz grzał świeczką to napięcie powierzchniowe zdoła utrzymać bąbel w całości. Ale jeśli na zwieszone w nieważkości krople ciekłego żelaza (~1500 degC) popsikać wodą ze spryskiwacza ... wszyscy obecni powinni być ubrani w coś nie przewodzącego ciepła.

2 minuty temu, l_smolinski napisał:

Czym innym jest proces przemieszczani się pary, czyli "parowania"

czyli że PV=nRT nie obowiązuje w spadku swobodnym?

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 minut temu, l_smolinski napisał:

Czym innym jest proces przemieszczani się pary, czyli "parowania". 

"Fizyku"... to twoje "parowanie" to konwekcja. Maszeruj do podstawówki.

Edited by 3grosze

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 minutę temu, l_smolinski napisał:

No ale mowa o wodzie, tam te wartości krytyczne nie zostaną przekroczone.

Nie. Mowa o cieczach znacznie różniących się temperaturami wrzenia, jak np. woda i etanol. Ja bym użył wody i eteru etylowego - wrze w temperaturze ludzkiego ciała.

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 minut temu, Jajcenty napisał:

No i to trochę zależy od mocy - w eksperymencie mamy założenie dużej różnicy temperatur. Jak będziesz grzał świeczką to napięcie powierzchniowe zdoła utrzymać bąbel w całości. Ale jeśli na zwieszone w nieważkości krople ciekłego żelaza (~1500 degC) popsikać wodą ze spryskiwacza ... wszyscy obecni powinni być ubrani w coś nie przewodzącego ciepła.

"Zjawisko Leidenfrosta znane jest ludzkości od tysiącleci. W jego wyniku krople cieczy spadając na gorącą powierzchnię, nie odparowują od razu, ale poruszają się nad nią. Ich odparowanie może trwać dłuższy czas."

Przecież w ramach tego zjawiska woda powinna 'otulić' krople ciekłego żelaza. Sam twierdzisz, że tak się nie stanie. 

1 minutę temu, Jajcenty napisał:

Nie. Mowa o cieczach znacznie różniących się temperaturami wrzenia, jak np. woda i etanol. Ja bym użył wody i eteru etylowego - wrze w temperaturze ludzkiego ciała.

Wrzeć będzie, ale nie będzie parował. No a parowanie jest genezą zjawiska Leidenfrosta.

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 minuty temu, l_smolinski napisał:

Wrzeć będzie, ale nie będzie parował.

Wrzenie – zjawisko przemiany cieczy w gaz (parę), podczas którego powstają i rosną pęcherzyki pary nasyconej w objętości cieczy. Wrzenie jest więc gwałtownym parowaniem nie tylko na powierzchni, ale także w całej objętości.

Traktuj to jako korepetycje.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 minutę temu, l_smolinski napisał:

Przecież w ramach tego zjawiska woda powinna 'otulić' krople ciekłego żelaza. Sam twierdzisz, że tak się nie stanie.

Istotą tego zjawiska jest wytwarzanie poduszki parowej na styku - to że dojdzie do odrzutu w warunkach mikrograwitacji to już 3grosze wskazał. Kontakt kropli będzie jednorazowy, ale wrzenie i parowanie jak najbardziej będzie miało miejsce. Parowanie konwekcyjne będzie zastąpione parowaniem powiedzmy Browna ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites
24 minuty temu, Jajcenty napisał:

Istotą tego zjawiska jest wytwarzanie poduszki parowej na styku - to że dojdzie do odrzutu w warunkach mikrograwitacji to już 3grosze wskazał. Kontakt kropli będzie jednorazowy, ale wrzenie i parowanie jak najbardziej będzie miało miejsce. Parowanie konwekcyjne będzie zastąpione parowaniem powiedzmy Browna ;)

Zgoda, efektu ze Zjawiska Leidenfrosta nie będzie. Wrzenie i zamiana w parę tak. Jednak nadal należy rozróżnić proces parowania (unoszenia), od procesu zamiany ciała stałego w parę. Poduszka pary unosi kroplę wody, tutaj tego nie będzie. No i jak wspominałeś proporcja temperatur też inna ze względu na brak grawitacji.

Czy poduszka parowa powstanie? No chyba nie. Jaki kształt by miała - sfery? Bo ja obstawiam kulę wody w postaci pary, bez różnicy temperatur ze względu na promień (nie wiem czy dobrze się wysławiam).  Na ziemi poduszka powstaje bo jest grawitacja, a nie dlatego, że na styku doszło do przekazanie temperatur ??     
 

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 minut temu, l_smolinski napisał:

Jednak nadal należy rozróżnić proces parowania (unoszenia), od procesu zamiany ciała stałego w parę.

Darmową naukę dostajesz i uparcie brniesz w niekompetencji: "parowanie" jest zastrzeżone dla zmiany fazy. Pionowe:D przemieszczanie pary to konwekcja pary, nie mająca nic wspólnego z parowaniem. To tylko twoje potoczne skojarzenie (slang kucharkowy),  świadczące o braku podstaw.

Edited by 3grosze

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 minut temu, l_smolinski napisał:

Jednak nadal należy rozróżnić proces parowania (unoszenia), od procesu zamiany ciała stałego w parę.

Oj nie wiem, czy przy fizyce cząstek elementarnych też się tak upierasz przy własnych definicjach? Parowanie to nazwa przemiany fazowej. To drugie też ma swoją nazwę: sublimacja.

11 minut temu, l_smolinski napisał:

Poduszka pary unosi kroplę wody, tutaj tego nie będzie

Będzie, część cząstek pary będzie się oddalać od środka Ziemi - co jak sądzę spełnia Twoją definicje unoszenia?

11 minut temu, l_smolinski napisał:

No i jak wspominałeś proporcja temperatur też inna ze względu na brak grawitacji. 

Grawitacja nie ma znaczenia. Może sobie przemyśleć eksperyment z dużą kroplą  wody przegrzanej w mikrofalówce.

Edited by Jajcenty

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 minut temu, 3grosze napisał:

Darmową naukę dostajesz i uparcie brniesz w niekompetencji: "parowanie" jest zastrzeżone dla zmiany fazy. Pionowe:D przemieszczanie pary to konwekcja pary, nie mająca nic wspólnego z parowaniem. To tylko twoje potoczne skojarzenie,  świadczące o braku podstaw.

Możliwe, że z moją interpretacją nazewnictwa nie wszystko jest w porządku. Jednak z interpretacją doświadczenia już tak :P 

8 minut temu, Jajcenty napisał:
19 minut temu, l_smolinski napisał:

Poduszka pary unosi kroplę wody, tutaj tego nie będzie

Będzie, część cząstek pary będzie się oddalać od środka Ziemi - co jak sądzę spełnia Twoją definicje unoszenia?

Jakiej ziemi, przecież nie ma właśnie ziemi w przestrzeni kosmicznej, g ~ 0.  

Czy to moje stwierdzenie jest prawdziwe czy nie?

"Na ziemi poduszka powstaje bo jest grawitacja, a nie dlatego, że na styku doszło do przekazanie temperatur."

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
27 minut temu, l_smolinski napisał:

Jakiej ziemi, przecież nie ma właśnie ziemi w przestrzeni kosmicznej, g ~ 0.

Mój eksperyment odbywa się na stacji kosmicznej, przez okno widać Ziemię i mimo g~0 można łatwo wyróżnić kierunek kropla-środek Ziemi. W ten sposób w każdym punkcie US można wyróżnić ziemskie góra-dół. Jak długo przybliżamy Euklidesem. ;)

 

27 minut temu, l_smolinski napisał:

Na ziemi poduszka powstaje bo jest grawitacja, a nie dlatego, że na styku doszło do przekazanie temperatur.

Zdecydowanie nieprawdziwe. Poduszka - faza gazowa pomiędzy dwiema różnymi fazami ciekłymi. Jeśli dwie przegrzane krople poruszające się prostopadle do ciążenia się zetkną to też wytworzą poduszkę. I raczej przekazywana jest energia. Przekazywanie temperatury jakoś mi zgrzyta.

Edited by Jajcenty

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Mrówki Solenopsis richteri posługują się piaskiem jak narzędziem, by pozyskać ciekły pokarm (roztwór cukru), nie tonąc w nim. Autorzy artykułu z pisma Functional Ecology podkreślają, że to pokazuje, że dostosowują strategię korzystania z narzędzi do ryzyka związanego z żerowaniem.
      S. richteri pochodzą z Ameryki Południowej. Po introdukcji do południowych USA są tu uznawane za gatunek inwazyjny.
      Gdy mrówkom zapewniono niewielkie pojemniczki z roztworem cukru, dzięki hydrofobowemu egzoszkieletowi były w stanie unosić się na powierzchni i żerować. Gdy jednak naukowcy zmniejszyli napięcie powierzchniowe, S. richteri zaczęły przenosić piasek, by spuścić ciecz z naczynia.
      Odkryliśmy, że mrówki budują strukturę z piasku, która skutecznie wyciąga ciecz z pojemnika, tak aby później można ją było zebrać - opowiada dr Aiming Zhou z Huazhong Agricultural University. Ta niesamowita umiejętność nie tylko zmniejszała ryzyko utonięcia, ale i zapewniała większą powierzchnię do zbierania roztworu.
      Okazało się, że struktury z piasku były tak skuteczne, że w ciągu 5 minut mogły wyciągać z pojemniczków niemal połowę cieczy.
      Naukowcy zmieniali napięcie powierzchniowe za pomocą surfaktantu. Gdy jego stężenie wynosiło ponad 0,05%, co przekładało się na znaczące ryzyko utonięcia, mrówki budowały struktury z piasku. Nie tworzyły ich, żerując na czystym roztworze cukru. Podczas eksperymentów owadom dostarczano piasek o różnej wielkości ziaren; w ten sposób można było określić ich preferencje budowlane w takiej sytuacji.
      Wiemy, że niektóre gatunki mrówek są w stanie posługiwać się narzędziami, szczególnie przy zbieraniu ciekłego pokarmu. Byliśmy jednak zaskoczeni niesamowitymi umiejętnościami S. richteri w tym zakresie - dodaje dr Jian Chen, entomolog z amerykańskiego Departamentu Rolnictwa.
      Dr Zhu podkreśla, że konieczne są dalsze badania. Nasze eksperymenty były prowadzone w laboratorium i dotyczyły wyłącznie S. richteri. Kolejnym krokiem powinno być ustalenie, jak bardzo zachowanie to jest rozpowszechnione u innych gatunków mrówek.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po 266 latach udało się pokonać zjawisko Leidenfrosta, dzięki czemu naukowcy z City University of Hong Kong mogli pochwalić się stworzeniem efektywnego systemu chłodzenia cieczą, który sprawdza się w temperaturach nawet powyżej 1000 stopni Celsjusza. System taki można będzie zastosować w silnikach lotniczych, rakietowych oraz poprawić dzięki niemu stabilność i bezpieczeństwo pracy reaktorów atomowych przyszłej generacji.
      Zjawisko Leidenfrosta od wieków fascynuje naukowców, a niedawno informowaliśmy o odkryciu jego nowej odmiany. Zjawisko to zostało odkryte w 1756 roku. Powoduje ono, że krople cieczy spadając na bardzo gorącą powierzchnię nie odparowują od razu, ale poruszają się, lewitując nad nimi. Ich odparowanie może potrwać dłuższa chwilę. Pomiędzy kroplą a powierzchnią tworzy się bowiem warstwa pary, która znacząco obniża transfer energii z powierzchni. Przez to chłodzenie cieczą bardzo gorących powierzchni jest nieefektywne. Przez ponad 200 lat nie potrafiono poradzić sobie z tym problemem.
      Naukowcy z Hongkongu stworzyli powierzchnię o zróżnicowanej teksturze, której główne elementy mają różne właściwości termiczne i geometryczne. Nowatorska struktura złożona jest z trzech zasadniczych elementów. Pierwszy z nich to wystające ponad powierzchnię miniaturowe filary służące do transferu energii. Drugi, to termiczna warstwa izolująca umieszczona pomiędzy filarami, której zadaniem jest zassanie i odparowanie cieczy. Zaś element trzeci, to znajdujące się pod warstwą izolującą mikrokanaliki w kształcie litery U, służące do odprowadzenia pary. Eksperymenty wykazały, że taka architektura zapobiega powstawaniu zjawiska Leidenfrosta nawet w temperaturach dochodzących do 1150 stopni Celsjusza i pozwala na efektywne kontrolowane chłodzenie cieczą w zakresie od 100 do ponad 1150 stopni.
      Nasze multidyscyplinarne badania to prawdziwy przełom w nauce i inżynierii. Połączyliśmy tutaj naukę o powierzchniach, hydro- i aerodynamice, chłodzeniu, nauki materiałowe, fizykę, wiedzę z dziedziny energii i inżynierii. Poszukiwanie nowych strategii w dziedzinie chłodzenia cieczami to ważny obszar badawczy inżynierii materiałowej od 1756 roku. Udało nam się pozbyć zjawiska Leidenfrosta. W ten sposób dokonaliśmy zmiany paradygmatów dotyczących możliwości chłodzenia cieczą w bardzo wysokich temperaturach. Dotychczas nikomu nie udało się tego osiągnąć, cieszy się profesor Wang Zunkai.
      Uczony wyjaśnia, że pojawianie się zjawiska Leidenfrota powoduje, że tam, gdzie mamy do czynienia z bardzo wysokimi temperaturami wykorzystujemy chłodzenie powietrzem, zamiast potencjalnie bardziej efektywnego chłodzenia cieczą. Ma to miejsce szczególnie w silnikach samolotowych, rakietowych i reaktorach jądrowych. Dodaje, że nowatorską strukturę można produkować w formie elastycznej okładziny do mocowania na elementach, które mają być chłodzone. To szczególnie ważne tam, gdzie bezpośrednie stworzenie takiej struktury na etapie produkcji urządzenia byłoby trudne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Woda znajdująca się na zimnej powierzchni zanim zamarznie musi się ogrzać. Odkrycie dokonane przez naukowców z Cambridge University i Uniwersytetu Technologicznego w Grazu pozwoli lepiej zrozumieć i kontrolować proces zamarzania.
      Anton Tamtögl i jego zespół przeprowadzili eksperymenty z molekułami wody umieszczonymi na zimnym grafenie i zauważyli, że początkowo odpychają się one od siebie. Dopiero pojawienie się dodatkowej energii pozwala im na zmianę orientacji i utworzenie wiązań elektrostatycznych.
      Gdy woda trafia na zimną powierzchnię, zachodzi proces nukleacji, w wyniku którego molekuły tworzą wiązania i błyskawicznie pojawiają się kryształy lodu. Zjawisko to było intensywnie badane w skali makroskopowej. Jednak trudno je badać na poziomie molekuł, gdyż zamarzanie zachodzi bardzo szybko, w czasie pikosekund.
      Naukowcy z Cambridge wykorzystali nowatorką technikę badawczą zwaną echem spinowym helu-3. Polega ona na rozpraszaniu strumienia spolaryzowanych atomów helu. Atomy docierają do badanych powierzchni w skoordynowanych pakietach, a czas pomiędzy kolejnymi pakietami mierzony jest w pikosekundach. Ruch molekuł na powierzchni powoduje różnice w fazach pakietów. A różnice te można wychwycić i na ich podstawie badać zjawiska zachodzące w czasie pikosekund.
      Badania ujawniły, że początkowo wszystkie molekuły wody przyczepiają się do zimnej powierzchni grafenu w ten sam sposób, z oboma atomami wodoru przy powierzchni i atomem tlenu powyżej. Molekuły wody są dipolami. Od strony tlenu mamy ładunek ujemny, od strony wodoru – dodatni. Tak więc pomiędzy identycznie zorientowanymi molekułami dochodzi do odpychania się, co uniemożliwia nukleację. Naukowcy zauważyli, że zjawisko to może zostać przezwyciężone poprzez ogrzanie molekuł. Dopiero wówczas zmieniają one orientację tak, że zaczynają się przyciągać, co rozpoczyna proces nukleacji.
      Naukowcy, chcąc lepiej zrozumieć to zjawisko, przeprowadzili symulacje komputerowe ukazujące zachowanie molekuł wody przy różnych energiach. Zgodnie z ich oczekiwaniami, symulacje wykazały, że zmieniając ilość ciepła dostarczonego do molekuł, można powstrzymywać lub rozpoczynać proces nukleacji.
      Odkrycie może doprowadzić do opracowania nowych technik ochrony przed formowaniem się lodu na skrzydłach samolotów, turbinach wiatrowych czy sprzęcie telekomunikacyjnym. Pozwoli też lepiej zrozumieć proces formowania się i topnienia lodu w lodowcach, a to z kolei da nam lepsze zrozumienie ziemskiej kriosfery i wpływu ocieplenia klimatu.
      Z wynikami badań można zapoznać się na łamach Nature Communications.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jednym z najważniejszych odkryć dokonanych w ciągu ostatnich 25 lat było stwierdzenie, że w Układzie Słonecznym istnieją światy, gdzie pod powierzchnią skał i lodu kryje się ocean. Takimi obiektami są księżyce wielkich planet jak Europa, Tytan czy Enceladus. Teraz S. Alan Stern z Southwest Research Institute przedstawił hipotezę mówiącą, że takie światy z wewnętrznym ciekłym oceanem (IWOW) są powszechne we wszechświecie i znacząco zwiększają one liczbę miejsc, w których może istnieć życie. Dzięki nim może ono bowiem występować poza wąską ekosferą.
      Od dawna wiadomo, że planety takie jak Ziemia, z oceanami na powierzchni, muszą znajdować się w ekosferze swoich gwiazd, czyli w takiej odległości od nich, że gdzie temperatura pozwala na istnienie wody w stanie ciekłym. Jednak IWOW mogą istnieć poza ekosferą. Co więcej, obecne tam życie może być znacznie lepiej chronione niż życie na Ziemi. W światach taki jak nasz życie narażone jest na wiele zagrożeń, od uderzeń asteroidów przez niebezpieczne rozbłyski słoneczne po eksplozje pobliskich supernowych.
      Stern, który zaprezentował swoją hipotez podczas 52. dorocznej Lunar and Planetary Science Conference, zauważa, że światy z wewnętrznym ciekłym oceanem” zapewniają istniejącemu tam życiu lepszą stabilność środowiskową i są mniej narażone na zagrożenia ze strony własnej atmosfery, gwiazdy, układu planetarnego czy galaktyki niż światy takie jak Ziemia, z oceanem na zewnątrz. IWOW są bowiem chronione przez grubą, liczącą nawet dziesiątki kilometrów, warstwę lodu i skał.
      Uczony zauważa ponadto, że warstwa ta chroni potencjalnie obecne tam życie przed wykryciem jakąkolwiek dostępną nam techniką. Jeśli więc w takich światach istnieje życie i jeśli może w nich rozwinąć się inteligentne życie to – jak zauważa Stern – istnienie IWOW pozwala na poradzenie sobie z paradoksem Fermiego. Jego twórca, Enrico Fermi, zwrócił uwagę, że z jednej strony wszystko wskazuje na to, że wszechświat powinien być pełen życia, w tym życia inteligentnego, a my dotychczas nie mamy dowodu na jego istnienie. Ta sama warstwa, która tworzy w takich światach stabilne i bezpieczne środowisko jednocześnie uniemożliwia wykrycie tego życia, mówi Stern.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dr Bartosz Kiersztyn z Uniwersytetu Warszawskiego zajmuje się badaniem biofilmów bakteryjnych powstających na różnych powierzchniach w środowisku wodnym. Naukowiec zwrócił uwagę na fakt, że choć [...] w naturalnym środowisku wodnym tworzą się [one] bardzo szybko, to nie powstają wydajnie na powierzchni żywych glonów jednokomórkowych. Eksperymenty wykazały, że jedną z przyczyn tego zjawiska jest substancja wydzielana przez glony podczas fotooddychania. To bardzo istotne odkrycie, gdyż w biofilmach często występują patogenne bakterie, a wiele ich gatunków wytwarza i uwalnia toksyny.
      O ile w wodzie bakterie są w stanie szybko zasiedlić praktycznie każdą powierzchnię, na glonach jednokomórkowych kolonizacja prawie nie występuje. Bakterie niejako powstrzymują się przed kolonizacją żywych mikroskopijnych glonów – nie osadzają się na nich intensywnie i nie namnażają na ich powierzchniach. Obserwacje mikroskopowe oraz biochemiczne i molekularne jednoznacznie na to wskazują.
      Badania pokazały, że gradient mikrostężeń tej substancji wystarczy, by w środowisku wodnym bakterie nie osadzały się intensywnie na danej powierzchni.
      W pewnym momencie pojawił się pomysł, by opracować preparat, który zabezpieczy powierzchnie, w tym odzież i akcesoria wchodzące w kontakt z wodą (np. do uprawiania sportów wodnych), przed powstawaniem biofilmów.
      Takie rozwiązanie ma kilka plusów. Po pierwsze, wytwarzana przez glony naturalna substancja jest tania w produkcji przemysłowej. Możliwość zastosowania jej w mikrostężeniach dodatkowo sprawia, że sam preparat byłby tani w produkcji. Po drugie, naukowcy wskazują, że działanie preparatu wiązałoby się z "odstraszaniem" bakterii, a nie z ich eliminowaniem (eliminowanie groziłoby uwalnianiem z nich toksyn).
      Prowadzone dotychczas eksperymenty na materiałach, z których produkowane są m.in. pianki nurkowe i obuwie do uprawiania sportów wodnych, jednoznacznie potwierdzają, że na odzieży sportowej spryskanej roztworem z odkrytą substancją bakterie wodne osadzają się w minimalnym stopniu. Eksperymenty prowadzono m.in. w naturalnym środowisku w jeziorze Śniardwy, w specjalnie wyselekcjonowanym miejscu obfitującym w wiele szczepów bakteryjnych.
      Marta Majewska, brokerka technologii z Uniwersyteckiego Ośrodka Transferu Technologii przy Uniwersytecie Warszawskim, podkreśla, że odkrycie zostało już objęte ochroną patentową na terenie Polski. Obecnie trwają poszukiwania inwestora/partnera branżowego, który skomercjalizowałby preparat pod własną marką.
      W krajach południowych, gdzie przez większą część roku występują słoneczne i upalne dni, problemy związane z suszeniem oraz konserwacją odzieży i akcesoriów wykorzystywanych w sportach wodnych są znikome. Inaczej jest w naszych szerokościach geograficznych, gdzie nawet latem bywają pochmurne, chłodne i deszczowe dni. Powszechnym wyzwaniem związanym z mokrymi materiałami jest ich higiena oraz impregnacja – bakterie wodne, często posiadające potencjał patogenny, przyczepiają się do materiału, tworząc grube, trudne do usunięcia biofilmy. Odkryty na UW wynalazek pozwala ograniczyć to zjawisko i zabezpieczyć tkaniny.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...