Капли на воде: Слот — Круги на воде

Содержание

Ученые предложили очищать воду, взрывая капли | Статьи

Российские специалисты предложили новый способ очистки питьевой воды и промышленных стоков. Это разрушение капель взрывом. По словам разработчиков, технология позволяет быстро удалить даже значительное количество примесей, в том числе химически агрессивных, токсичных и горючих.

Новый способ очистки изобрели сотрудники лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса инженерной школы энергетики Томского политехнического университета (ТПУ). Как отмечают ученые, в воду вместе со стоками попадают нефтепродукты, тяжелые металлы, пестициды и другие опасные вещества. Многие из этих загрязнителей губительны для экосистемы.

— По данным ООН, дефицит пресной воды на планете уже составляет 230 млрд кубометров в год. Более 1,8 млрд человек используют для питья загрязненную воду. К 2030 году 47% населения планеты будут жить под угрозой дефицита жидкости. В таких условиях эффективные технологии нейтрализации вредных примесей, в первую очередь промышленных стоков, особенно важны, — рассказал «Известиям» руководитель научного коллектива профессор ТПУ Павел Стрижак.

Очистка по предлагаемой томскими учеными технологии проходит в несколько стадий. Сначала исходную загрязненную воду преобразуют в эмульсию или суспензию. В первом случае в нее добавляют жидкости, нерастворимые в воде, а во втором — твердые частицы, которые распределяются во взвешенном состоянии. Далее получившаяся смесь впрыскивается в нагревательную камеру, где каждая капля достигает температуры 300–500 градусов Цельсия. Перепад давления на границе разнородных компонентов капли приводит к взрывному ее разрушению, она дробится на всё более мелкие.

— В конце концов вода испаряется, примеси выпадают в осадок или выгорают. Затем водяной пар конденсируется, и мы получаем очищенную воду, которая может быть повторно использована, например, для технологических нужд, — объяснил Павел Стрижак.

Метод позволяет эффективно удалять из воды загрязнители — в том числе химически агрессивные, токсичные и горючие.

— Нам удалось реализовать устойчивое взрывное дробление капель для существенно неоднородных по составу и по структуре жидкостей. Полученные результаты являются основой для разработки технологии очистки при малых затратах времени и энергии, — заявил профессор ТПУ.

Новый метод можно будет использовать на промышленных предприятиях (химия, нефтехимия, металлургия, целлюлозно-бумажное производство и др.). Одновременно технология позволит найти применение вторичным энергоресурсам — например, теплу дымовых газов работающей на предприятии котельной. Результаты исследования томских ученых опубликованы в научном издании International Journal of Thermal Sciences.

Как пояснила и.о. завкафедрой «ХимБиоТех» Московского Политеха профессор Наталья Николайкина, стадии процесса предлагаемого комплекса ранее были изучены и апробированы по отдельности.

— Показана их достаточно высокая эффективность. Высокая степень автоматизации предлагаемой установки, безусловно, будет способствовать широкому внедрению технологии. Интересно, как удастся решить задачу масштабирования для создания систем большой производительности, — отметила Наталья Николайкина.

Томский политехнический университет является участником государственной программы повышения конкурентоспособности российских вузов «5–100».

Съемочные планы Кувшинки на воде, редкий дождь Вода, день, кувшинки, капли, дождь

Водаденькувшинкикаплидождь

Похожая кинохроника

B»>

Голландия

1930-1939

городу.
Проезжают трамваи.
Капли дождя по лужам.
Силуэты людей сквозь дождь на стекле.
Толпа людей под

На Волге

1910-1939

Стебли и листья травы под дождем.
Листья кувшинок на воде во время дождя.
Растительность в заболоченных

Храм Рождества Христова в Измайлове

2004

в отражении дождевых капель.
Храм в дождливую погоду: сильный дождь, капли воды в объективе видеокамеры

Православные храмы Киева

1990-1999

Интерьер храма.
Дождь, вода течет по асфальту.
Флоровский монастырь — снято через капли дождя на стекле.
Служба

Наводнение в Париже

1910

закрывают небо.
Капли дождя падают в воду.
Люди идут под зонтиками.
Частые капли дождя падают в воду.
Бурлящая

Погружение

1987

папоротника.
Капли росы на стеблях травы и листьях ландыша.
Паук в центре паутины.
Кувшинки на поверхности

Секреты природы № 21

1994

прыгает с кувшинки на кувшинку в водоёме. Белая лягушка плывёт в водоёме. Лягушки плавают в воде. Квакает

Капли воды оказывают влияние – Physics World

Физические свойства отскакивающих капель воды лежат в основе широкого спектра промышленных применений, от опрыскивания сельскохозяйственных культур до струйной печати, и продолжают вызывать восхищение после 200 лет исследований, скажем, Vance Bergeron и Дэвид Кере

Снимок капли воды, отскакивающей от поверхности листа. (С любезного разрешения: Rhodia)

Независимо от того, стоите ли вы в душе, проливаете утренний кофе или идете на работу под дождем, каждый день обычно начинается с капель воды, разбрызгивающихся с твердой поверхности. На самом деле эти явления настолько распространены, что часто остаются незамеченными. Однако базовая физика, управляющая динамикой капель воды, чрезвычайно богата, и детальное понимание этих явлений имеет важные научные и технологические последствия.

В сельском хозяйстве, например, воскообразный внешний слой листа растения образует несмачивающую поверхность, которая отталкивает воду и заставляет капли отскакивать от поверхности. В результате растение часто сохраняет менее половины нанесенного опрыскивания. Это и неэффективно, и опасно, поскольку гербициды и пестициды, предназначенные для растения, могут накапливаться и в конечном итоге загрязнять почву и общественные источники воды. Поиск способа устранения рикошета капель в таких случаях имеет как большие экономические, так и социальные преимущества.

С другой стороны, стимулирование отскока капель, при котором все капли отскакивают от поверхности, может иметь много преимуществ. Представьте себе лобовое стекло автомобиля, которое может отразить каждую каплю дождя во время ливня. Это сделало бы вождение в дождь более безопасным. Возможно, мы сможем извлечь уроки из естественной способности растений отталкивать капли и применить ту же стратегию к автомобильным стеклам. Таким образом, можно видеть, что предотвращение или усиление отскока капель от поверхности может оказать существенное влияние на нашу повседневную жизнь.

Установление контакта

Гидродинамика удара капель завораживает. В конце 19 в. А. М. Уортингтон провел пионерскую работу по изучению форм, которые принимают капли жидкости при вертикальном падении на горизонтальную пластину. Эти наблюдения выявили множество различных явлений, которые могут происходить во время отскока.

Как и многие, казалось бы, простые физические явления, процесс удара капли о поверхность намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Необходимо учитывать параметры капли — ее размер, скорость и характер жидкости, а также химический состав и физическую структуру поверхности. Действительно, та же капля, что отскочила от листа, прилипнет к стенкам ванны. Кроме того, события, происходящие при ударе, длятся всего несколько миллисекунд, что затрудняет детальное наблюдение за падением.

В 1957 году эта проблема побудила Гарольда Эдгертона из Массачусетского технологического института применить свои знаменитые методы стробоскопической фотографии для съемки капель, падающих в миску с молоком. Сегодня современные инструменты позволяют нам гораздо легче непосредственно наблюдать за этими быстрыми событиями. Высокоскоростные камеры обычно записывают от 10 ³ до 10 ⁴ кадров в секунду и могут сохранять изображения в форматах, которые могут считывать стандартные бытовые видеомагнитофоны. Вот где наша работа берет свое начало.

Когда капля сталкивается с твердой поверхностью, ее первоначальная сферическая форма превращается в форму блина, которая растягивается по поверхности. Кинетическая энергия капли заставляет ее соответствовать плоской геометрии твердой поверхности. Если жидкость в капле притягивается к поверхности, она будет продолжать растекаться и в конечном итоге прилипнет к так называемому гидрофильному материалу. Степень распространения определяется молекулярными взаимодействиями между жидкостью и твердым телом.

1 Совершение удара (а) Недеформированная капля диаметром D ₀ ударяется о поверхность и растекается до максимального диаметра D _max в течение первых 2 мс. Затем капля втягивается и может либо оторваться от поверхности, как это происходит с чистой водой (б), либо остаться связанной с поверхностью, как раствор полиэтиленоксида (в). Типичная последовательность фотографий (слева направо): (b) капля чистой воды и (c) капля разбавленного раствора полиэтиленоксида, ударяющаяся о гладкую гидрофобную поверхность. Капля — это самое верхнее изображение на каждой фотографии, а нижние изображения — это отражения от верхней и нижней поверхностей твердого тела.

Когда молекулярные взаимодействия между водой и поверхностью являются отталкивающими, капли воды, попадающие на эти так называемые гидрофобные твердые тела, пытаются свести к минимуму их контакт с поверхностью. Таким образом, после того, как капли были вынуждены принять форму блина, они втягиваются, пытаясь восстановить сферическую форму, чтобы свести к минимуму их воздействие на твердое тело. Действительно, в некоторых случаях втягивание может быть достаточно сильным, чтобы капля действительно отскакивала или отскакивала от поверхности после удара (рис. 1b).

Царапание поверхности

Многие растительные поверхности способны довольно эффективно способствовать отскоку капель, но что делает их поверхности такими хорошими для этого? При внимательном рассмотрении поверхности листа лотоса можно понять, почему многие природные материалы чрезвычайно гидрофобны по своему характеру (рис. 2). Во-первых, поверхность этих листьев обычно покрыта различными восками, сделанными из смеси больших молекул углеводородов, которые очень боятся намокнуть. Во-вторых, наблюдения под микроскопом показывают, что поверхность состоит из выпуклостей шириной около 10 мкм, которые, в свою очередь, покрыты полыми трубками диаметром около 1 мкм.

2 Листья внимательнее. Крупный план листа лотоса, примера супергидрофобного растения. Шероховатость поверхности листа является результатом сосуществования бугорков шириной около 10 мкм и полых каналов диаметром около 1 мкм. Вся поверхность покрыта слоем воска, что делает ее гидрофобной. Способность листа отталкивать воду усиливается за счет шероховатости поверхности. (С любезного разрешения: W Barthlott)

Вода не может попасть в полости, образованные этими выпуклостями, потому что поверхность гидрофобна, поэтому капля остается на подушечке из шипов. Зазор между этими шипами означает, что капля в основном соприкасается с воздухом, и только очень небольшая ее часть касается листа. Эта комбинация отталкивающих химических взаимодействий и физической морфологии листа создает поверхность, способную эффективно отталкивать воду и генерировать удивительные гидрофобные свойства.

Другие примеры этого несмачивающего подхода можно найти в утиных перьях и крыльях бабочек. Эти гофрированные поверхности также обеспечивают воздушные карманы, которые предотвращают полное попадание воды на поверхность. В результате ограниченного контакта капель с поверхностью трение при движении капли очень мало. Это означает, что вода может легко отскакивать или скатываться с утиных перьев и крыльев бабочек.

Искусственные поверхности могут быть сконструированы так, чтобы имитировать это поведение, путем химической обработки их водоотталкивающими веществами, такими как силикон и тефлон, или путем непосредственного изготовления чрезвычайно грубых гидрофобных поверхностей. Например, Томохиро Онда и его коллеги из Kao Corporation в Японии недавно разработали сверхгрубые гидрофобные поверхности путем покрытия стеклянных пластин расплавленным воском, который подвергается фрактальному росту по мере затвердевания. Кроме того, предварительно разработанные узоры можно выгравировать на гладкой поверхности, чтобы обеспечить точный контроль над морфологией, а затем обработать ее гидрофобными химическими веществами. Практическое применение таких методов охватывает огромный диапазон: от водонепроницаемой одежды и краски до ветровых стекол автомобилей.

Применяя эти стратегии, наши группы в Ecole Normale Supérieure и Collège de France в Париже создали поверхности с поразительными гидрофобными свойствами. Настолько, что капли воды отскакивают, как баскетбольные мячи, когда их роняют на поверхность (рис. 3). Действительно, мы наблюдали, как капли отскакивают более 20 раз, прежде чем катятся по поверхности. Мы также обнаружили, что эластичность капель воды очень высока — отношение их скоростей до и после удара, так называемый коэффициент восстановления, достигает 0,9.на протяжении всей траектории. Эта упругость возникает из-за эффективного обмена между кинетической и поверхностной энергией во время деформации капли.

3 Отскакивающая капля Капля воды, падающая на супергидрофобную поверхность. Его полная траектория показана на этой фотографии с длительной выдержкой и показывает, что капля полностью отскакивает около 20 раз. Вертикальный масштаб изображения 1 см, диаметр капли 1 мм. Очень высокая эластичность отскока ограничивается колебаниями жидкости после каждого удара. Эти вибрации можно увидеть по ряби на световых линиях, очерчивающих полет капли. Вибрации и отскоки между двумя ударами в конечном итоге гасятся вязкостью жидкости. (Предоставлено: Д. Ричард)

Однако мы также видим явные признаки затухания с каждым последующим отскоком. Причиной этого демпфирования являются сильные колебания капли после того, как она отрывается от поверхности. По мере того, как поступательная кинетическая энергия передается в колебательные режимы, между каждым ударом происходит вязкая диссипация из-за движения жидкости в капле. При внимательном рассмотрении фотографии на рис. 3 можно увидеть рябь на световых линиях, которые отслеживают полет капли, что ясно показывает эффект.

Отскакивающие капли воды чем-то похожи на проблему отскока твердых сфер, которая была впервые подробно проанализирована немецким физиком Генрихом Герцем в начале 1880-х годов. Как и Герц, мы также измеряли время контакта капли с поверхностью. Для дождевых капель миллиметрового размера это время составляет порядка 3 миллисекунд. Наше количественное исследование показывает, что свободно падающая капля вибрирует в том же временном масштабе. Другими словами, капля колеблется как вынужденный осциллятор, и время, в течение которого она находится в контакте с поверхностью, задает период колебаний. После того, как капля пришла в движение, ее поведение в полете следует динамике, полученной в конце 19-го века.го века лордом Рэлеем и совсем недавно обсуждался Субрахманьяном Чандрасекаром.

Прилипание к воде

Итак, кажется, что мы можем копировать способность природы создавать несмачиваемые поверхности, но можем ли мы справиться с проблемами, которые создают эти поверхности, когда мы хотим их обработать? В течение многих лет обширные исследования были сосредоточены на эффективных способах предотвращения отскока капель воды от гидрофобных поверхностей. Задача состоит в том, чтобы добавить в воду что-то, что замкнет механизмы, управляющие отскоком капель, без существенного изменения внутренних свойств воды. Это требует более внимательного изучения момента удара (рис. 4а).

4 Эволюция капель График зависимости диаметра капли на поверхности от времени. Красная кривая соответствует чистой капле воды, а пунктирная кривая показывает, что происходит с частью капли, отскочившей от поверхности. Капли, которые остаются на поверхности, ведут себя так, как показано фиолетовой кривой. Часто диаметр капли колеблется, когда она останавливается на поверхности. Скорость, с которой капля отступает после того, как она растекается до максимального диаметра, D _max , определяет, прилипает ли капля к поверхности.

В первые несколько миллисекунд после удара о поверхность капля вынуждена быстро расширяться до максимального диаметра. Отскакивающая капля затем быстро втягивается, пока в конце концов не покинет поверхность. Как заставить капли медленно втягиваться и оставаться неподвижными на поверхности? Понимание сил, возникающих во время падения, приводит к возможности управления этими событиями.

Физические параметры, определяющие, будет ли капля прилипать к поверхности или отскакивать, представляют собой инерционную, вязкостную и капиллярную силы, которые действуют, когда капля ударяется и начинает расширяться. Силы инерции являются результатом кинетической энергии капли и определяются ее размером, плотностью и скоростью. При этом вязкость жидкости в капле определяет вязкую диссипацию, а капиллярная сила (то есть поверхностное натяжение) определяет энергию, необходимую для деформации капли. Эти параметры обычно используются для определения двух безразмерных чисел, которые измеряют относительную силу сил, которые противостоят друг другу. Число Рейнольдса, Re — отношение инерционной и вязкой сил, а число Вебера We — отношение инерционной и капиллярной сил. Другими словами, силы инерции конкурируют с вязкой диссипацией и деформацией капли.

Интуиция подсказывает нам, что медленно движущиеся, очень вязкие капли с низкими числами Рейнольдса и Вебера могут рассеивать всю свою кинетическую энергию при ударе, не оставляя ничего, что могло бы оттолкнуть их от поверхности. Мы явно не ожидаем, например, что капля меда отскочит от поверхности, потому что она такая вязкая. Но высокая вязкость имеет свои недостатки, что объясняет, почему такие жидкости, как мед, никогда не продаются в шприцах или аэрозольных баллончиках под давлением. Все методы нанесения покрытия распылением требуют, чтобы мы перекачивали и распыляли жидкость, а этого нельзя сделать, если жидкость слишком вязкая. Таким образом, попытка предотвратить отскок, просто увеличивая вязкость, не является полезным решением.

Уменьшение натяжения

Практически во всех практических случаях, требующих контроля отскока капель, мы вынуждены иметь дело с быстро движущимися жидкостями с низкой вязкостью. Другими словами, мы должны учитывать воздействие и расширение капель, движущихся под действием сил инерции и имеющих большие числа Рейнольдса и Вебера. Капли обладают высокой кинетической энергией при ударе о поверхность, которая не рассеивается при расширении капель. Это означает, что капли одинакового размера распространяются до одного и того же максимального диаметра. Столкнувшись с этой ситуацией, мы должны обратить внимание на заключительную стадию процесса ретракции.

Когда капля расширяется до максимального диаметра, большая часть ее кинетической энергии передается на ее деформацию в форму блина. Как только это произошло, ситуация меняется, и капля начинает отскакивать. Силами, движущими этим действием, является желание капли преобразоваться в сферу, и капля борется за это с движением жидкости. Эта конкуренция может быть описана безразмерной величиной, известной как капиллярное число, Ca , отношением капиллярной и вязкой сил. Это количество также может быть выражено просто как Ca = We / Re , отношение чисел Вебера и Рейнольдса.

Удобный способ представить себе отскакивающую каплю — провести аналогию с пружиной и «прибором» — устройством, которое можно использовать для гашения колебаний. Представьте, что цилиндр, соединенный с пружиной, протягивается через чашу с жидкостью до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное растяжение пружины. Когда цилиндр отпускается, сильные пружины стремятся вытащить его из стакана, а вязкая жидкость может предотвратить это. Точно так же высокие силы поверхностного натяжения могут оттолкнуть каплю от поверхности, в то время как рассеяние внутри жидкости может удержать ее, израсходовав всю запасенную энергию. Это предполагает два способа удержать втягивающуюся каплю на поверхности: мы можем либо уменьшить поверхностное натяжение, либо увеличить вязкость жидкости. Мы должны помнить, что высокая вязкость вызывает проблемы при перекачивании и распылении, но есть еще несколько приемов, которые мы можем использовать.

Уменьшить поверхностное натяжение воды легко с помощью молекул, называемых поверхностно-активными веществами. Одна часть молекулы поверхностно-активного вещества притягивается к воде, а другая часть отталкивается. В результате поверхностно-активные вещества легко располагаются на границе раздела воздух-вода и могут значительно снизить поверхностное натяжение, в некоторых случаях более чем в два раза. Звучит многообещающе, но одна проблема, которая затрудняет использование этой идеи, — это время, необходимое для того, чтобы молекулы поверхностно-активного вещества достигли поверхности. Если они не достигают границы раздела за то время, которое требуется капле для расширения, то они не влияют на отдачу.

Две команды по разные стороны Атлантики — одну под руководством Османа Басарана из Университета Пердью в США, другую под руководством Мишель Винье-Адлер из Университета Марн-ла-Валле — решили эту проблему. Используя высокоскоростные фотографии, каждая группа независимо показала, что отскок капли можно контролировать, если поверхностно-активные вещества могут достаточно быстро снизить натяжение. Басаран и Виньес-Адлер называют это свойство «динамическим поверхностным натяжением» системы. Измеряя динамическое поверхностное натяжение и систематически сравнивая различные типы поверхностно-активных веществ, обе команды обнаружили четкую корреляцию между быстрым снижением натяжения и устойчивостью к ударам.

Быстрое снижение натяжения — один из способов контроля отскока капель. Тем не менее, он не особенно хорошо подходит для распыления, потому что тот же эффект снижения натяжения создает более мелкие капли, которые могут легко слететь с цели. Отскок падений не проблема, если ни один из них не приземлился на поверхность! Это заставило нас искать альтернативу.

Плыть по течению

В 1997 г. Луи Вовель из Rhodia, специализированной химической компании в Лионе, Франция, начал пересматривать эффект вязкой диссипации. Когда он смешивал разбавленный раствор полимера, он заметил что-то очень интересное, свисающее с рукава его рубашки. Капля раствора полимера сформировала длинную нить, прежде чем она в конце концов капала. Эта нить содержала ключ. Вовель понимал, что на эту способность жидкости растягиваться перед тем, как упасть на землю, могут сильно влиять определенные эффекты нелинейной вязкости. В частности, разбавленные водные растворы полимеров могут иметь чрезвычайно высокую «вязкость при удлинении». Эта вязкость описывает сопротивление жидкости деформации — в отличие от стандартной «вязкости сдвига», которая объясняет трение молекул друг о друга.

Интересно, что растворы тех же полимеров имеют очень низкую сдвиговую вязкость, равную вязкости чистой воды. Кроме того, Джун Фукай из Университета Кюсю в Японии и Димос Пуликакос из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне рассмотрели подробную гидродинамику падения капли на поверхность с помощью численного моделирования. Их результаты показывают, что жидкость в капле подвергается экстремальным деформациям, как только попадает на поверхность.

5 Аварийная посадка Схематическое изображение того, как разбавленная полимерная добавка может предотвратить отскок капель. (а) Полимер разбросан по всему раствору небольшими дискретными комками. (б) Когда капля ударяется о поверхность и расширяется, молекулы полимера разворачиваются и деформируются. (c) Эта деформация истощает энергию капли, когда она втягивается. г) капле не хватает энергии, чтобы оторваться от поверхности, и она прилипает к ней.

Собрав все воедино, Вовелл пришел к выводу, что разбавленный раствор полимера должен быть идеальным для предотвращения рикошета капель. Высокая вязкость при растяжении должна рассеивать кинетическую энергию капли во время сильного деформационного течения без увеличения сдвиговой вязкости, вызывающей проблемы с откачкой. Эта идея была протестирована и показала свою эффективность с разбавленными растворами, содержащими всего 0,1 грамма полиэтиленоксида (ПЭО) на литр воды (рис. 1b). Полимер рассыпается по раствору небольшими дискретными комочками, которые не оказывают заметного влияния на свойства раствора. Однако действие растяжения, возникающее при расширении и стягивании капли, разворачивает и деформирует полимер. Эта деформация вытягивает из капли достаточно энергии, чтобы она больше не могла покинуть поверхность (рис. 5).

Примерно в то же время Дэвид Богер и Риган Крукс из Мельбурнского университета в Австралии продемонстрировали идентичный эффект и изучили широкий спектр жидкостей и условий. А Джефф Чейни и Кен Уолтерс из Уэльского университета в Аберистуите показали, что эти разбавленные растворы полимеров также могут оказывать сильное влияние на разбрызгивание капель в растворе. Они обнаружили, что удлиненная вязкость может резко уменьшить высоту так называемой струи Уортингтона — струи жидкости, поднимающейся из раствора, когда капля разбивается о поверхность.

Кроме того, растворы, обладающие высокой вязкостью при удлинении, имеют тенденцию образовывать более крупные капли при распылении, а не более мелкие. Причина в том, что удлиненная вязкость стабилизирует горловину жидкости на выходе из сопла, предотвращая образование мелких капель-сателлитов. Это большое преимущество для распыления в сельском хозяйстве, поскольку более крупные капли менее подвержены сносу ветром, поэтому у фермера больше шансов получить продукт там, где он необходим.

Практическое применение

Так могут ли эти идеи нелинейной вязкости действительно применяться в реальных приложениях? Столкнувшись с этой проблемой, исследовательская группа Rhodia под руководством одного из нас (VB), Вовеля и Жана-Ива Мартина, разработала добавку, препятствующую отскоку и контролирующую снос, которую можно было бы использовать в широком спектре сельскохозяйственных опрыскивателей. Модельная система разбавленного раствора ПЭО обеспечила необходимое нам доказательство концепции, но на пути стояло несколько препятствий.

Во-первых, добавка не должна реагировать с другими химическими веществами в спрее. К сожалению, ПЭО известен взаимодействием со многими компонентами, которые обычно используются в сельскохозяйственных гербицидах и инсектицидах. Эти химические реакции влияют как на характеристики полимера, так и на действие активных компонентов формулы.

Во-вторых, ПЭО является синтетическим продуктом, и чтобы быть эффективным, необходимо использовать очень большие молекулы с молекулярной массой 5000 кг на моль. (Для сравнения, молекулярная масса воды составляет всего 18 г на моль.) Это затрудняет повышение растворимости молекул полимера. И это также затрудняет биоразложение молекул после распыления. ПЭО не обязательно является лучшим доступным полимером. Однако другие синтетические полимеры, обладающие высокой вязкостью при удлинении, такие как полиакриламид, страдают теми же проблемами и также имеют тенденцию разрушаться при сдвиге во время перекачивания. Решение этих вопросов потребовало объединения физиков, химиков, токсикологов, технологов и бизнес-подразделений компании.

Результатом этих усилий стала серия продуктов на основе встречающихся в природе полимеров, известных как полисахариды. Эти полимеры, по сути, представляют собой гигантские молекулы сахара, которые в изобилии встречаются в природе. Вооружившись знанием того, что имеет значение вязкость при растяжении, и перетасовав множество разновидностей существующих водорастворимых полисахаридов, поиск был сужен до класса полисахаридов, известного как гуаровая камедь. Этот полимер извлекается из растения Cyamopsis tetragonoloba taub, произрастающего в Индии и Пакистане, и широко используется в качестве пищевой добавки. Это делает его идеальным для опрыскивания растений. Кроме того, свойства против рикошета слегка модифицированной версии этого полисахарида намного превосходят свойства ПЭО и других синтетических продуктов.

В настоящее время Rhodia успешно продает эти продукты в качестве вспомогательных средств для широкого спектра средств для распыления. Рынок этих продуктов достаточно велик: мировой рынок генерических гербицидов оценивается более чем в 1 миллиард долларов. Добавьте к этому рынки инсектицидов и фунгицидов, и легко понять, почему Rhodia разработала сладкий вкус для этих гигантских молекул сахара из Индии.

Глядя в будущее, мы видим множество потенциальных применений этой антирикошетной технологии, в частности, в бытовых чистящих средствах и красках на водной основе. Эти продукты можно найти в шприцах и аэрозольных баллончиках почти на каждой полке супермаркета. Их можно сделать намного более эффективными для очистки и покрытия пластиковых поверхностей, добавив полимер против отскока. Точно так же средства личной гигиены, такие как лаки для волос и дезодоранты, также могут выиграть от повышенного осаждения капель.

Но, возможно, одним из самых больших потенциальных применений будет струйная печать. Высокая ударная скорость чернил затрудняет точное формирование капель и печать. Разработка новых составов чернил, обладающих определенной вязкостью при удлинении, даст гораздо больший контроль над процессом печати. Действительно, те же самые полимерные растворы, которые Rhodia разработала для сельскохозяйственных аэрозольных капель, должны хорошо подходить для перспективных красок на водной основе. Каплям, которые не отскакивают, суждено произвести большой всплеск.

Капли воды на монете {Удивительная наука!}

Сколько капель воды помещается на монете? Вот быстрый и простой научный эксперимент, который понравится детям, потому что результаты впечатляют!

Этот научный эксперимент знакомит детей с концепцией поверхностного натяжения. Они также будут изучать, как мыло разрушает поверхностное натяжение, отталкивая молекулы воды друг от друга.

Когда вы спросите детей, сколько капель воды поместится на монете, они, скорее всего, угадают 3 или 4 капли. Может быть, 5. Все знают, что капли воды не очень большие, но, опять же, и копейки тоже! Так что копейка, вероятно, не вместит много капель.

Дети будут очень удивлены, узнав, сколько капель воды может вместить монета. На самом деле МНОГО!

Этот пост содержит партнерские ссылки Amazon, что означает, что я зарабатываю на соответствующих покупках без дополнительных затрат для вас .

В этом эксперименте мы сравним поверхностное натяжение воды с поверхностным натяжением мыльной воды. Мыло значительно снижает поверхностное натяжение!

Процедура этого эксперимента проста. Используйте пипетку/пипетку, чтобы накапать воду на пенни. Тщательно считайте капли на ходу. Эти пластиковые пипетки работают хорошо. Нам нравится иметь их под рукой для всех видов деятельности.

Просто удивительно наблюдать, как капли воды накапливаются на копейке! Мы пробовали это несколько раз, и каждый раз нам удавалось получить 23-27 капель на пенни, прежде чем вода стекала со стороны.

Затем мы сравнили поверхностное натяжение простой воды с мыльной водой. Сможем ли мы нанести такое же количество капель мыльной воды на монетку?

Нет. Всего 12-15. Мы могли нанести на пенни только вдвое меньше капель мыльной воды, прежде чем вода стекала за борт.

Наука об эксперименте с каплями пенни

То, как вода создает закругленную поверхность, называется поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение — это то, что позволяет вам наполнить стакан доверху… и даже немного! Это то, что придает воде куполообразный вид на пенни.

Вода имеет сильное поверхностное натяжение из-за своей полярности. Молекулы воды полярны, а это означает, что один конец каждой молекулы имеет положительный заряд, а другой конец имеет отрицательный заряд. Из-за этих противоположных зарядов молекулы воды притягиваются друг к другу. Между собой они образуют водородные связи. Если вы работаете с маленькими детьми, вы можете сказать им, что молекулы воды словно держат друг друга за руки и не хотят отпускать! Это то, что происходит на вершине копейки.

Мыло снижает поверхностное натяжение воды, раздвигая молекулы воды. Каждая молекула мыла имеет конец, который притягивается к воде, и конец, который отталкивает воду. Гидрофобные концы молекул мыла (концы, которые не хотят быть рядом с водой) протискиваются между молекулами воды, когда они пробиваются к поверхности.

Ученые предложили очищать воду, взрывая капли | Статьи

Съемочные планы Кувшинки на воде, редкий дождь Вода, день, кувшинки, капли, дождь

Похожие съемочные планы

Похожая кинохроника

<img loading='lazy' src='/800/600/http/orhideidoma.ru/wp-content/uploads/2020/07/Bolezni_orhidej_falenopsis_i_ih_lechenie_11.jpg' /> B»> Голландия 1930-1939

На Волге 1910-1939

Храм Рождества Христова в Измайлове 2004

Православные храмы Киева 1990-1999

Наводнение в Париже 1910

Погружение 1987

Секреты природы № 21 1994