Физики «отключили» силу Архимеда для пузырьков в жидкости

Французские физики разработали новый способ контроля за размером и положением микропузырьков газа под водой. С помощью электродов, на которые подается переменный электрический ток, ученые добились фиксации пузырька — даже если электрод перемещается, пузырек движется за ним, словно бы игнорируя выталкивающие силы. Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters, кратко о нем сообщает Phys.org.

Пузырьки в исследовании формировались за счет электролиза — разложения воды на кислород и водород. В качестве электродов ученые выбрали очень острые иглы с радиусом закругления острия от 1 нанометра до 1 микрометра. Благодаря такой форме электролиз происходил только на самом острие. Сразу после того, как выделившийся газ образовывал пузырек, физики резко увеличивали частоту переменного тока. В результате этого пузырек словно бы «прилипал» к игле и замирал.

Как отмечают авторы, несмотря на неподвижность пузырька, в нем активно идут процессы конвекции, испарения и растворения газов. Молекулы кислорода или водорода входят в пузырек через его нижнюю поверхность и выходят через верхнюю, но его размер остается почти неизменным — он лишь медленно уменьшался со временем. Ключевым для контроля за пузырьками, по словам физиков, стало использование сверхострой иглы — это лишний раз подтверждает, что ключевую роль в электролизе играет не столько напряжение на электроде, сколько характеристики электромагнитного поля.

Как именно происходит удержание пузырька, ученые до конца не понимают. Это требует сложного теоретического моделирования, которое физики планируют провести в будущем. Новая сила, противоборствующая силе Архимеда, возникает из-за совместного действия процессов диффузии, переноса массы и и гидродинамических сил вблизи поверхности пузырька.

Новая разработка может найти применение в акустических методах исследования. Как рассказывают физики, такая фиксация была необходима другой лаборатории исследовательского центра, занимающейся ультразвуковым анализом микропузырьков.

Владимир Королёв