Fenomenet jonvind har varit känt i århundraden:genom att applicera en spänning på ett par elektroder, elektroner avlägsnas närliggande luftmolekyler, och den joniserade luften kolliderar med neutrala luftmolekyler när den rör sig från en elektrod till den andra. Effekten är lätt nog att producera att den ofta visas på vetenskapsmässor, och kan till och med ha en framtid inom rymdskeppsdrivning. Dock, exakt vad som orsakar jonvind är fortfarande en öppen fråga.

I en ny artikel publicerad i Naturkommunikation , ett team av forskare från Sydkorea och Slovenien har experimentellt undersökt hur jonvind orsakas när laddade partiklar kolliderar med neutrala partiklar. Ett av deras huvudsakliga fynd är att elektroner - och inte bara joner - spelar en viktig roll för att generera jonvind, uppmanar dem att kalla effekten "elektrisk vind".

"I allmänhet, den elektriska vinden har kallats en 'jonvind' eftersom endast de positiva och negativa jonerna har betraktats som nyckelspelare, "medförfattare Wonho Choe, Professor vid Korea Advanced Institute of Science and Technology, berättade Phys.org . "I vår studie, dock, både elektroner och joner deltar i alstring av elektrisk vind, beroende på polariteten hos den förspända elektroden. Så användningen av nomenklatur för den 'joniska vinden' kräver ett nytt samförstånd. Vi använder termen 'elektrisk vind' istället för 'jonvind, 'som vårt nyckelfynd indikerar att elektroner är huvudspelaren snarare än negativa joner som O ^2- och O ^- under den negativa spänningsperioden. "

I deras experiment, forskarna genererade ett neutralt heliumflöde och en pulserad plasmastråle vid olika spänningar. Sedan använde de en teknik som kallades Schlieren -fotografering (som ofta används för att fotografera flygplan under flygning) för att ta bilder av flödena från dessa partiklar. Genom att styra plasmastrålens pulsbredd och höjd, forskarna övervakade hur dessa förändringar påverkar partiklarnas rörelse och den resulterande vinden.

Eftersom detta är det första experimentet som tydligt visar kopplingen mellan neutrala och laddade partiklar i en plasma, resultaten ger direkt bevis på vad som händer när elektronerna och jonerna skjuter bort de neutrala partiklarna. Den resulterande momentumöverföringen orsakar ett laddat partikeldrag, som genererar en elektrohydrodynamisk kraft (en orsakad av laddade partiklar), vilket ger upphov till en klart observerbar vind av laddade partiklar.

"Den elektriska vinden ansågs tidigare vara ett resultat av kollisionsmomentöverföring från accelererade laddade partiklar och neutrala partiklar, baserat på heuristiska observationer och experiment, "Sa Choe." Men som nämns i vårt papper, det fanns inga övertygande bevis för den huvudsakliga mekanismen (korrelationen mellan plasma och momentumöverföring) för generering av elektrisk vind, som skapas antingen under 'streamerförökning (joniseringsvåg)' eller 'rymdladdningsdrift'. Våra modellexperiment visar tydligt att den rörliga plasmastreamerens bidrag till elektrisk vindgenerering är försumbar, och den elektriska vinden orsakas huvudsakligen av de kvarvarande rymdladdningarna efter att plasmaströmaren förökar sig och kollapsar. "

Resultaten bör leda till en bättre förståelse av samspelet mellan laddade och neutrala partiklar i olika situationer, och har potentiella tillämpningar inom områden som flödeskontrollsteknik.

"Våra resultat kan ha tillämpningar för att minska dragkraften på ett fordon, vilket resulterar i minskad bränsleförbrukning och kväveoxider, som är en miljöförorening och en av de största källorna till mikrodamm, "Sa Choe." Det kan också minska flödesseparationen på vindkraftsblad. "

Forskarna planerar också att undersöka potentiella applikationer med plasma.

"Ett av de senaste intressanta ämnena i plasmasamhället är selektiv kontroll av kemisk produktion genom lågtemperaturluftplasma, "Sa Choe." Vi har planerat forskning för att studera ett samband mellan plasmakemikalier och elektrisk vind. Vi kan också undersöka den möjliga korrelationen mellan den elektriska vinden och plasmabollen, ett fenomen som kan uppstå när blixtnedslag. "

© 2018 Phys.org