• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
05.10.2017
Редакция Naked Science
1
3 544

Школьник из Пакистана разгадал загадку «электрических сот»

Семнадцатилетний школьник из Пакистана нашел ответ на старый вопрос электродинамики о механизме формирования «электрических сот» и опубликовал работу в одном из самых известных научных журналов мира.

04tb-honeycomb1-superjumbo
©Wikipedia / Автор: Lampronia Auxilius

Если взять два электрода, один плоский, другой длинный и тонкий, и разлить по поверхности плоского электрода масло, можно сделать «электрические соты». Электрический заряд накапливается на конце длинного и узкого проводника (иглы), и рано или поздно воздух между ним и маслом пробивает коронный разряд. Электроны с кончика иглы, стремясь перейти на пластину второго электрода, оказываются на поверхности масла. Масло – плохой проводник, электроны проходят сквозь него не сразу. Сначала они путешествуют по поверхности масла, ионизируя его молекулы. На поверхности жидкости образуется узнаваемая ячеистая структура, напоминающая пчелиные соты. Пока электроны не доберутся до нижнего электрода, вся система напоминает, по словам испанского физика Альберто Изкердо, заплутавшую молнию.

 

“Электические соты”, полученные в установке Мухаммада Ниази. Muhammad Shaheer Niazi
 

В англоязычной литературе это называется rose window instability, потому что короткоживущая электродинамическая система, возникающая после пробоя, напоминает узор ажурной розетки готического собора. Феномен «электрических сот» был известен задолго до того, как пакистанский старшеклассник Мухаммад Шахир Ниази впервые увидел его. В 2016 году он съездил на международный турнир молодых физиков, где повторил опыт с маслом и электродами; тогда же ему пришла в голову блестящая идея: сфотографировать поверхность масла тепловизионной камерой, чтобы выяснить, как изменяется энергия системы по мере ионизации.

 

Сначала электроны ионизируют молекулы масла. Ионы распределяются по поверхности жидкости в группы, которые растут по мере того, как увеличивается разность потенциалов между каждой ионной группой и пластиной электрода. Чем больше группа, тем сильнее она стремится вниз, к положительному заряду. В результате на поверхности масла образуются маленькие ямки. За несколько миллисекунд между ямками образуются канальцы – так получается полигональная структура, которая уравновешивает систему.

 

Чтобы показать, как коронный разряд создает область повышенной температуры и неоднородной плотности в воздухе и на поверхности масла, Ниази сделал несколько снимков по методу Шлирена, которым пользуются, чтобы визуализировать невидимые глазу конвекционные потоки. Затем юный физик снял ячеистую структуру тепловизионной камерой и показал, как распределение заряда в жидкости повышает внутреннюю энергию системы; температура поверхности масла растет в течение пяти минут после разряда и падает только после того, как выпущенные иглой электроны доходят до плоского контакта.

Тепловизионные снимки а) Начало формирования “электрических сот”, температура на поверхности масла почти одинакова во всех точках (18.6°C). (b) Полминуты после разряда. (c) Минута после разряда. (d). 5 минут после разряда. Muhammad Shaheer Niazi.
 

В завершение эксперимента Ниази заслонил часть поверхности жидкости «ионной тенью», другими словами, блокировал поток электронов над частью поверхности с помощью обычной шариковой ручки. Ниази показал, что в отсутствие ионизирующих зарядов полигональная структура не образуется, а значит, именно миграцией ионов по поверхности жидкости объясняется формирование «электрических сот». Результаты работы Ниази опубликовал вчера журнал Royal Society Open Science. Мальчик намерен продолжать исследования и мечтает о Нобелевской премии, рассказывает The New York Times.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

Вчера, 11:29
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

Позавчера, 14:55
Татьяна

Американские астронавты давно жалуются на систему ассенизации в скафандрах, которая представляет собой просто большой подгузник. Хватает его максимум на восемь часов, есть риск развития опрелостей и инфекций. К тому же в костюме мало запасов питьевой воды. Чтобы решить эти проблемы, ученые предложили более эффективный способ утилизации продуктов метаболизма.

Позавчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

Вчера, 11:29
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

11 июля
Татьяна

Открытая недавно планета LHS 1140 b заинтересовала ученых как потенциально обитаемая. В новой работе канадские исследователи подтвердили, что это, скорее всего, мир с теплым океаном, окутанным насыщенной азотом атмосферой.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий
-
2
+
Во-первых, на Международный турнир юных физиков, а не молодых, во вторых, приехал он на него в Россию, задачу решал под руководством русского студента, и эту самую задачу, которую решали по всему миру много команд, на турнир предложил русский учёный. Ну так, чтобы больше хайпа было.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно