Matematik afslører ny indsigt i Marangoni-strømme

Marangoni-effekten er et populært fysikeksperiment. Det produceres, når en grænseflade mellem vand og luft opvarmes på kun ét sted. Da denne varme vil stråle udad, der dannes en temperaturgradient på overfladen, får væsken til at bevæge sig gennem konvektionsbestrålingsprocessen. Når uopløselige urenheder introduceres til denne overflade, de fejes straks til siden af ​​vandbeholderen. På tur, dette skaber en gradient i overfladespændingen, som får grænsefladen til at blive elastisk.

Strukturerne af disse strømme er blevet godt forstået teoretisk i over et århundrede, men stadig ikke helt på linje med eksperimentelle observationer af effekten. I en ny undersøgelse offentliggjort i EPJ E , Thomas Bickel ved universitetet i Bordeaux i Frankrig har opdaget nye matematiske love, der styrer egenskaberne af Marangoni-strømme.

Marangoni -effekten kan have en række forskellige applikationer, for eksempel inden for svejsning og computerfremstilling. Derfor, Bickels resultater kunne give vigtig ny information til forskere og ingeniører, der arbejder med væskebaserede systemer. Bickel fandt ud af, at på dybere vand, området, hvor urenheder fejes væk, aftager i størrelse med en stigning i overfladens elasticitet. Uden for disse regioner, Marangoni-strømme udlignes af modstrømme, der stammer fra urenhederne, hvilket betyder, at væsken bliver statisk. Området kan endda forsvinde, hvis overfladens elasticitet er for stor, i hvilket tilfælde koncentrationen af ​​urenheder på grænsefladen bliver konstant. Desuden, regionens grænse bliver mere sløret på lavt vand.

Bickel afslørede disse mekanismer gennem matematiske afledninger, ud fra de kendte egenskaber ved Marangoni-strømme. Derefter indarbejdede han aspekter, herunder vanddybde og koncentration af urenheder, og han beregnede deres effekt på det samlede system. Bickels forskning viser, at selv i gamle, velstuderede fysikeksperimenter, matematisk analyse kan stadig afsløre nye processer.