Elektrische Ladung Punkt von Wasser ändern Einfrieren, WIRED
Ein beobachtete Topf kocht nie, aber ein elektrisch geladenes Topf manchmal friert.
„Wir sind sehr, sehr überrascht über dieses Ergebnis“, sagt Studie Mitverfasser Igor Lubomirsky des Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel. „Es bedeutet, dass durch die Kontrolle der Oberflächenladung, entweder positiv oder negativ, können Sie entweder die Eisbildung unterdrücken oder Eisbildung verbessern.“
Wasser beginnt in der Regel durch die Bildung einen Eiskristall um ein Stäubchen oder eine andere Verunreinigung Einfrieren. Ohne diesen Ausgangspunkt kann Wasser flüssig bleibt deutlich unter dem Gefrierpunkt bis auf etwa -42º Celsius. Dieses kühltes Wasser ist nützlich, in der Natur und im Labor, von Fröschen und Fischen langen Winter auf kryogene Konservierung von Blut und Geweben zu überleben.
Aber frühere Experimente zu verstehen, ob elektrische Felder Einfrieren beeinflussen wurden verwendet, durch die Materialien komplizieren. Die besten Materialien für elektrische Ladung hält, sind Metalle, aber wie jeder, der eine Autotür zu öffnen, nachdem ein Schneesturm weiß, Eis bildet leicht auf Metalle auch ohne Ladung versucht hat.
„Wenn Sie versuchen, es mit Metall zu tun, Sie wissen nicht, was aus dem elektrischen Feld ist und was aus dem Metall selbst“, sagt Lubomirsky. „Wir wollten wissen, ob es die Ladung ist, dass sie, oder etwas Besonderes in Metall der Fall ist.“
Statt aus Metall, Lubomirsky und seine Kollegen verwendeten ein pyroelektrisches Material, das eine kurzlebige elektrisches Feld, wenn sie erhitzt oder gekühlt bilden können. Die Forscher verwendeten vier pyroelektrische Kristalle, von denen jede in einem Kupferzylinder platziert wurde. Die Bodenflächen von zwei Kristalle wurden mit Chrom beschichtet, um eine elektrische Ladung zu leiten, und die anderen beiden mit einem Aluminiumoxid beschichtet wurden die Oberflächen ungeladenen zu halten.
Die Forscher platziert den Versuchsaufbau in einem feuchten Raum und drehte den Thermostat nach unten, bis die Wassertröpfchen auf jedem Kristall gebildet, dann wird der Raum weiter, bis das Wasser gefror abgekühlt.
Ohne Ladung auf der Oberfläche, gefror das Wasser bei -12.5º C, im Durchschnitt. Aber auf der positiv geladene Oberfläche, erstarrtes Wasser bei einer relativ milden -7 °. Und auf eine negativ geladene Oberfläche, Eis gebildet wird, im Durchschnitt bei einem kühlen -18º.
„Es ist wirklich dramatisch, die starke Wirkung der Ladung“, sagt Physiker Gene Stanley von der Boston University. Er sagt auch, dass die Einfachheit des Experiments bedeutet, dass „es ist die Art von Dingen, die fast sicher richtig ist.“
Lubomirsky und Kollegen gelangen auch Wasser gefrieren, indem es erwärmt. Wassertropfen blieb flüssig bei -11º für bis zu 10 Minuten auf eine negativ geladene Oberfläche. Aber nachdem die negative Ladung abgeführt wird, die Raumheizung -8º war genug, um eine positive Ladung in dem pyroelektrische Kristall zu induzieren und das Wasser gefrieren.
Co-Autor Meir Lahav, auch des Weizmann-Instituts, sagt Wasser Antwort wahrscheinlich aufzuladen hängt davon ab, wie sich die Wassermoleküle in einer Reihe aufstellen gegen die Oberfläche sie frieren, obwohl mehr Arbeit erforderlich ist, genau herauszufinden, was geschieht.
„Die Wassermoleküle anders ausgerichtet sein sollten, so erwartete ich, dass dieser Unterschied die Gefriertemperatur des Eises beeinflussen sollte“, sagt Lahav. „Aber ich habe nicht erwartet, einen so großen Unterschied. Ich bin sehr erfreut, das zu sehen.“
Obwohl er keine konkreten Pläne hat die Wirkung für Anwendungen wie Schockfrosten oder Wolkenimpfen nutzbar zu machen, sagt Lahav sein Team hat bereits ein Patent angemeldet.
Eisnukleation, „ist ein sehr grundsätzliches Problem“, sagt er. „In dem Moment, Sie besser zu verstehen - haben ein neues Verständnis einer neuen Wirkung -. Die Anwendungen immer danach kommen“
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