İyonik rüzgara neden olan nedir?
İyonik rüzgar olgusu yüzyıllar boyunca bilinmektedir: bir çift elektrotta bir voltaj uygulayarak, elektronlar yakındaki hava moleküllerinden sıyrılır ve iyonize hava bir elektrottan diğerine hareket ederken nötr hava molekülleriyle çarpışır. Bu etki, bilim fuarlarında sıkça ortaya çıkacak kadar üretilebilir ve hatta uzay aracı tahrikinde bir geleceğe sahip olabilir. Ancak, iyonik rüzgara neden olan tam olarak hala açık bir sorudur.
Nature Communications'da yayınlanan yeni bir makalede, Güney Kore ve Slovenya'dan bir araştırmacı ekibi, yüklü parçacıkların nötr parçacıklar ile çarpışması durumunda iyonik rüzgârın nasıl meydana geldiğini deneysel olarak araştırdı. Ana bulgularından biri, iyonların sadece iyonları değil, elektronların iyonik rüzgâr oluşturmada önemli bir rol oynadığı ve “elektrik rüzgarı” etkisini aramalarını istedikleridir.
"Genel olarak, elektrik rüzgârı" iyonik rüzgar "olarak adlandırılıyor çünkü sadece pozitif ve negatif iyonlar anahtar oyuncular olarak görülüyor, " Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Profesörü Wonho Choe, Phys.org'a verdiği demeçte. "Bizim çalışmamızda, hem elektronlar hem de iyonlar, öngerilmeli elektrotun polaritesine bağlı olarak elektrik rüzgarı oluşumuna katılırlar, bu nedenle 'iyonik rüzgar' için isimlendirme kullanımı yeni bir fikir birliği gerektirmektedir. 'iyonik rüzgar' yerine 'rüzgar', bizim asıl bulgumuz, negatif gerilim döneminde elektronların O 2- ve O gibi negatif iyonlardan ziyade asıl oyuncu olduğunu gösterir.
Deneylerinde, araştırmacılar, çeşitli voltajlarda nötr helyum akışı ve darbeli bir plazma jeti üretti. Daha sonra bu parçacıkların akışlarının resimlerini çekmek için Schlieren fotoğrafçılığı (uçuşta uçakları fotoğraflamak için sıklıkla kullanılan bir teknik) kullandılar. Plazma jetinin darbe genişliğini ve yüksekliğini kontrol ederek, araştırmacılar bu değişikliklerin parçacıkların hareketini ve ortaya çıkan rüzgarı nasıl etkilediğini izledi.
Bu, bir plazmada nötr ve yüklü parçacıklar arasındaki bağlantıyı açıkça gösteren ilk deney olduğundan, sonuçlar, elektronlar ve iyonlar nötr parçacıkları uzaklaştırırken neler olduğuna dair doğrudan kanıt sağlar. Elde edilen momentum aktarımı, yüklü parçacıkların açıkça gözlenebilen bir rüzgârına yol açan bir elektrohidrodinamik kuvvet (yüklü parçacıkların neden olduğu) üreten yüklü bir parçacık sürüklenmesine neden olur.
Choe, "Elektrik rüzgârının daha önce, hızlandırılmış yüklü parçacıklardan ve nötr parçacıklardan, buluşsal gözlemlere ve deneylere dayanan çarpışma momentumunun bir sonucu olduğu düşünülüyordu, " dedi. “Ancak, makalemizde de belirtildiği gibi, “ flama yayılımı (iyonlaşma dalgası) ”veya“ flama yayılımı ”sırasında oluşan elektriksel rüzgâr oluşumu için ana mekanizma (plazma ve momentum transferi arasındaki korelasyon) hakkında ikna edici bir kanıt yoktu. 'uzay yükü kayması'. Model deneylerimiz, hareketli plazma fünyesinin elektrik rüzgarı üretimine olan katkısının ihmal edilebilir olduğunu ve elektrik rüzgârının esas olarak plazma flama yayıldıktan ve çöktükten sonra kalan boşluk yüklerinden kaynaklandığını göstermektedir. "
Sonuçlar, çeşitli durumlarda yüklü ve nötr parçacıklar arasındaki etkileşimlerin daha iyi anlaşılmasını sağlamalı ve akış kontrol mühendisliği gibi alanlarda potansiyel uygulamalara sahip olmalıdır.
Choe, "Bulgularımız, bir araç üzerindeki sürükleme kuvvetini azaltmak için, çevresel bir kirletici olan ve mikro tozların ana kaynaklarından biri olan yakıt tüketimini ve nitrojen oksitleri azaltma ile sonuçlanan uygulamalara sahip olabilir." Dedi. "Ayrıca rüzgar türbini kanatlarında akış ayrımını azaltabilir."
Araştırmacılar ayrıca potansiyel uygulamaları plazmas ile araştırmayı planlıyorlar.
Choe, "Plazma topluluğundaki son ilginç konulardan biri, düşük sıcaklıklı hava plazmaları ile kimyasal üretimin seçici kontrolüdür." Dedi. "Plazma kimyasalları ile elektrik rüzgarı arasındaki bir korelasyonu incelemek için araştırma planladık. Ayrıca, elektrik çarpması ve plazma topu arasındaki olası ilişkiyi, yıldırım çarpması halinde ortaya çıkabilecek bir olayı araştırabiliriz."