Neden Zıt Kutuplar Her Zaman Birbirini Çekmez

Zıt kutupların birbirini çektiği bir gerçek ya da bilim insanları öyle düşünüyor. Ancak akışkan damlacıklarla ilgili bir araştırma zıt kutupların bazen birbirlerine çarpıp farklı yönlere gidebileceklerini gösteriyor.

Bu sonuç dar bir alanı ilgilendiriyor gibi görünse de, yağ arıtma teknolojilerinden mikroakışkan çip üzeri laboratuvar teknolojilerine kadar pek çok alanda önemli etkileri olabilir. Çalışma bir laboratuvar kazası sonucunda ortaya çıkmış. 

Davis’teki California Üniversitesi’nde kimya mühendisi olan William Ristenpart yağ içindeki bir su sütunun şeklinin elektrik yüklü bir plakaya doğru çekilirken nasıl değiştiği üzerinde çalışıyormuş: “Aslında deneyi berbat etmiştim. Birkaç kilovolt uyguluyordum, birden sistem kısa devre yaptı ve su sütunu dağıldı.” Küçük su damlacıkları, iç yüzeyinden sekerek yağ dolu haznenin her tarafına dağıldı. Ancak Ristenpart olup biteni izlerken garip bir şey fark etti: Zıt elektrik yüklü su damlacıkları birbirlerine çarpıp sonra farklı yönlere gidiyorlar, yani birbirlerinin üzerinden sekiyorlardı. Ristenpart “Bunu ilk gördüğümde kafam karıştı” diyor.

Çünkü diğer araştırmacılar gibi Ristenpart da zıt yüklü su damlacıklarının birbirini çekmesi ve daha büyük damlalar oluşturması gerektiğini düşünüyordu. Bu özellikten, deniz suyu kabarcıklarının toplanıp ham petrolden ayrıştırılması amacıyla petrol sanayisinde uzun zamandır kullanılan ‘elektrostatik ayırma’ sürecinde faydalanılıyordu. Ristenpart ve çalışma arkadaşları üç sene boyunca bu laboratuvar kazası üzerinde çalışmış.

Yüksek hızlı video görüntüler ve matematiksel hesapların yardımıyla artık bu olguyu anladıklarını söylüyorlar. Yüzey gerilim kuvveti nedeniyle su damlacıkları normalde kürecikler halinde olur. Ancak elektrik yüklü iki damlacık birbirinin yakınına geldiğinde bu küreler yamulmaya başlar ve çok kısa mesafelerde damlalar arasında küçük bir akışkan köprüsü oluşur. Elektrik yükü az olduğu zaman köprü, damlalar birbirleriyle birleşinceye kadar, büyüyor, ancak yük fazla olduğunda başka bir şey oluyor: Köprü damlacıkların birbirleriyle yük değiştirmesini sağlıyor ve daha sonra kopuyor. Su, kabarcıklara geri dönüyor ve iki damla çarpıştığında küresel şekillerini almış oluyorlar. Yani damlacıkların yüzey gerilimi birleşmelerine değil de iki top gibi birbirlerinin üstünden sekmelerine sebep oluyor. Hollanda, Enschede’deki Twente Üniversitesi’nde fizik uzmanı olan Frieder Mugele sonuçları ilk gördüğünde kendi kendine “Bu nasıl olabilir?” diye sorduğunu hatırlıyor. Ancak grubun açıklaması Mugele’yi ikna etmiş: “Açıklamaları temel bir ilke içeriyor. Çok çarpıcı bir olgu.” diyor. Asıl soru, sekme etkisinin gerçekte işe yarayıp yaramayacağı.

Çoğu bilim insanı, az miktarda kimyasal ayıraçları veya biyolojik molekülleri karıştırabilecek, “çip üzeri laboratuvar” diye bilinen, mikroakışkan sistemleri geliştirmek için çalışıyor. Elektrik yükü, kimyasalların bu çipler içinde hareket etmesini sağlamanın bir yolu; çalışmanın yazarları da seken kabarcıklarla ilgili bu bilginin bu tip sistemlerin gelişimine katkıda bulunabileceğini söylüyor. Ristenpart çalışmanın, deniz suyunu ham petrolden ayırmak için şu anda bina büyüklüğünde elektrostatik ayırıcılar kullanan petrol sanayisinde de uygulama alanı bulabileceğini söylüyor. Olası uygulamalar sonuç vermese bile, Ristenpart damlacık çalışmalarının uzun bir geleceği olduğunu düşünüyor. Çalışma arkadaşlarıyla beraber, damlacıkların biri büyük diğeri küçük iki damlaya ayrıldığı alışılmadık çarpışmaları inceliyorlar. Ristenpart “Bu henüz tam olarak anlaşılmış bir olgu değil” diyor ve ekliyor: “Şüphesiz daha yapılacak çok şey var.” Not: “Çip üzeri laboratuvar” bir veya daha fazla laboratuvar işlemini sadece birkaç santimetre kare büyüklüğünde tek bir çip üzerinde birleştiren bir cihazdır.

Kaynak: bilim ve teknik Kasım 2009 sayısı sayfa 7, Gizem Karlılar'ın yazısı.
http://www.nature.com/news/2009/090916/full/news.2009.910.html?s=news_rss