La charge électrique peut changer de congélation de l'eau, WIRED
Un pot regardé se résume jamais, mais un pot chargé électriquement se fige parfois.
« Nous sommes très, très surpris par ce résultat », explique l'étude co-auteur Igor Lubomirsky de l'Institut Weizmann des Sciences à Rehovot, Israël. « Cela signifie que par le contrôle de la charge de surface, soit positive ou négative, vous pouvez supprimer la formation de glace ou d'améliorer la formation de glace. »
L'eau commence habituellement le gel en formant un cristal de glace autour d'une particule de poussière ou d'une autre impureté. Sans ce point de départ, l'eau peut rester liquide bien en dessous de son point de congélation, jusqu'à environ -42º Celsius. Cette eau en surfusion est utile dans la nature et dans le laboratoire, des grenouilles et des poissons survivants des hivers longs à la conservation cryogénique du sang et les tissus.
Mais les expériences précédentes pour comprendre si les champs électriques peuvent influencer le gel ont été compliquées par les matériaux utilisés. Les meilleurs matériaux pour la tenue de charge électrique sont des métaux, mais comme quelqu'un qui a essayé d'ouvrir une porte de voiture après une tempête de neige sait, la glace se forme facilement sur les métaux, même sans frais.
« Si vous essayez de le faire avec le métal, vous ne savez pas ce qui est du champ électrique et ce qui est du métal lui-même », dit-Lubomirsky. « Nous voulions savoir si elle est la charge qui le fait, ou quelque chose de spécial en métal. »
Au lieu de métal, Lubomirsky et ses collègues ont utilisé un matériau pyroélectrique, qui peut former un champ électrique de courte durée lorsqu'il est chauffé ou refroidi. Les chercheurs ont utilisé quatre cristaux pyroélectriques, dont chacun a été placé dans un cylindre en cuivre. Les surfaces inférieures des deux cristaux ont été revêtues avec du chrome pour conduire une charge électrique, et les deux autres ont été revêtues d'un oxyde d'aluminium pour maintenir la surface non chargée.
Les chercheurs ont placé le dispositif expérimental dans une chambre humide et tourné vers le bas jusqu'à ce que le thermostat de gouttelettes d'eau formées sur chaque cristal, puis on refroidit la pièce jusqu'à ce que l'autre eau a gelé.
Sans charge sur la surface, l'eau a gelé à -12.5º C en moyenne. Mais sur la surface chargée positivement, l'eau a gelé à un -7º relativement doux. Et sur une surface chargée négativement, la glace formée, en moyenne, à un -18º froid.
« Il est vraiment dramatique, l'effet fort de la charge », explique le physicien Gene Stanley de l'Université de Boston. Il dit aussi que la simplicité de l'expérience signifie que «c'est le genre de chose qui est presque certainement correct. »
Lubomirsky et ses collègues ont également réussi à geler l'eau en le chauffant. Les gouttelettes d'eau liquide à -11º sont restés jusqu'à 10 minutes sur une surface chargée négativement. Mais après la charge négative dissipée, le chauffage de la pièce à -8º était suffisant pour induire une charge positive dans le cristal pyroélectrique et geler l'eau.
Coauteur Meir Lahav, également de l'Institut Weizmann, dit la réponse de l'eau à charger dépend probablement de la façon dont les molécules d'eau s'alignent contre la surface, ils sont à la congélation, bien que plus de travail est nécessaire pour comprendre exactement ce qui se passe.
« Les molécules d'eau doivent être alignées différemment, donc je prévu que cette différence devrait affecter la température de congélation de la glace », dit Lahav. « Mais je ne pensais pas une si grande différence. Je suis très heureux de constater que « .
Bien qu'il n'a pas de plans spécifiques pour exploiter l'effet pour des applications telles que le gel cryogénique ou ensemencement des nuages, Lahav dit que son équipe a déjà déposé un brevet.
nucléation de glace « est un problème très fondamental », dit-il. « Le moment que vous comprenez mieux - ont une nouvelle compréhension d'un nouvel effet - les applications viennent toujours après. »
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