Het fenomeen ionische wind is al eeuwen bekend:door een spanning aan te leggen op een paar elektroden, elektronen worden ontdaan van nabijgelegen luchtmoleculen, en de geïoniseerde lucht botst met neutrale luchtmoleculen terwijl deze van de ene elektrode naar de andere gaat. Het effect is zo eenvoudig te produceren dat het vaak verschijnt op wetenschapsbeurzen, en misschien zelfs een toekomst hebben in de voortstuwing van ruimtevaartuigen. Echter, precies wat de oorzaak is van ionische wind is nog een open vraag.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Natuurcommunicatie , een team van onderzoekers uit Zuid-Korea en Slovenië heeft experimenteel onderzocht hoe ionische wind ontstaat wanneer geladen deeltjes botsen met neutrale deeltjes. Een van hun belangrijkste bevindingen is dat elektronen - en niet alleen ionen - een belangrijke rol spelen bij het genereren van ionische wind, hen ertoe aanzetten het effect 'elektrische wind' te noemen.

"In het algemeen, de elektrische wind is een 'ionische wind' genoemd omdat alleen de positieve en negatieve ionen als belangrijke spelers zijn beschouwd, " co-auteur Wonho Choe, Professor aan het Korea Advanced Institute of Science and Technology, vertelde Phys.org . "In onze studie echter, zowel elektronen als ionen nemen deel aan de opwekking van elektrische wind, afhankelijk van de polariteit van de voorgespannen elektrode. Het gebruik van nomenclatuur voor de 'ionische wind' vereist dus een nieuwe consensus. We gebruiken de term 'elektrische wind' in plaats van 'ionische wind, ', aangezien onze belangrijkste bevinding aangeeft dat elektronen de belangrijkste speler zijn in plaats van negatieve ionen zoals O ^2- en O ^- tijdens de negatieve spanningsperiode."

In hun experimenten, de onderzoekers genereerden een neutrale heliumstroom en een gepulseerde plasmastraal bij verschillende spanningen. Vervolgens gebruikten ze een techniek genaamd Schlieren-fotografie (die vaak wordt gebruikt om vliegtuigen tijdens de vlucht te fotograferen) om foto's te maken van de stromen van deze deeltjes. Door de pulsbreedte en -hoogte van de plasmastraal te regelen, de onderzoekers volgden hoe deze veranderingen de beweging van de deeltjes en de resulterende wind beïnvloeden.

Aangezien dit het eerste experiment is dat de koppeling tussen neutrale en geladen deeltjes in een plasma duidelijk laat zien, de resultaten leveren direct bewijs van wat er gebeurt als de elektronen en ionen de neutrale deeltjes wegduwen. De resulterende impulsoverdracht veroorzaakt een geladen deeltjesweerstand, die een elektrohydrodynamische kracht genereert (een veroorzaakt door geladen deeltjes), waardoor een duidelijk waarneembare wind van geladen deeltjes ontstaat.

"De elektrische wind werd eerder beschouwd als een resultaat van botsingsmomentumoverdracht van versnelde geladen deeltjes en neutrale deeltjes, gebaseerd op heuristische observaties en experimenten, ' zei Choe. 'Echter, zoals vermeld in onze krant, er was geen overtuigend bewijs met betrekking tot het belangrijkste mechanisme (de correlatie tussen plasma en momentumoverdracht) voor het genereren van elektrische wind, die ontstaat tijdens ofwel de 'streamervoortplanting (ionisatiegolf)' of de 'ruimteladingsdrift'. Onze modelexperimenten laten duidelijk zien dat de bijdrage van de bewegende plasmastreamer aan de opwekking van elektrische wind verwaarloosbaar is, en de elektrische wind wordt voornamelijk veroorzaakt door de resterende ruimteladingen nadat de plasmastreamer zich voortplant en instort."

De resultaten moeten leiden tot een beter begrip van de interacties tussen geladen en neutrale deeltjes in verschillende situaties, en heeft potentiële toepassingen op gebieden zoals flow control engineering.

"Onze bevindingen kunnen toepassingen hebben voor het verminderen van de weerstand op een voertuig, resulterend in een vermindering van het brandstofverbruik en stikstofoxiden, die een milieuverontreinigende stof zijn en een van de belangrijkste bronnen van microstof, " zei Choe. "Het kan ook de stroomscheiding op windturbinebladen verminderen."

Ook gaan de onderzoekers mogelijke toepassingen met plasma's onderzoeken.

"Een van de recente interessante onderwerpen in de plasmagemeenschap is de selectieve controle van chemische productie door luchtplasma's bij lage temperatuur, " zei Choe. "We hebben onderzoek gepland om een ​​correlatie tussen plasmachemicaliën en elektrische wind te bestuderen. We kunnen ook de mogelijke correlatie tussen de elektrische wind en de plasmabal onderzoeken, een fenomeen dat kan optreden als de bliksem inslaat."

© 2018 Fys.org