Beban Muatan Listrik untuk Pembekukan Air Dingin pada Temperatur yang Berbeda

Tinuku
(KeSimpulan) Eksperimen menggunakan kekuatan listrik positif dan negatif untuk mengontrol pembentukan es. Sebuah studi yang dipublikasikan di Science edisi 5 Februari dapat membekukan air pada temperatur yang berbeda-beda tergantung pada apakah terletak pada permukaan yang bermuatan positif atau negatif. Dalam kondisi tertentu, air bahkan dapat membekukan seperti memanaskan.

"Kami sangat, sangat terkejut dengan hasil ini. Artinya, dengan mengendalikan muatan permukaan, baik positif atau negatif, anda dapat menekan pembentukan es atau meningkatkan pembentukan es," kata Igor Lubomirsky dari Weizmann Institute of Science di Rehovot, Israel.

Pembekuan air biasanya dimulai dengan membentuk kristal es di sekitar partikel debu atau material lainnya. Tanpa titik awal, air dapat tetap cair baik di bawah titik beku hingga turun menjadi sekitar -42º Celcius. Air dingin ini berguna di alam dan di laboratorium, katak dan ikan bertahan pada musim dingin yang panjang untuk pelestarian cryogenic darah dan jaringan tubuh.

Para ilmuwan telah mengajukan hipotesis selama puluhan tahun bahwa medan listrik dapat digunakan untuk memicu beku dalam air superdingin. Suatu molekul air memiliki muatan yang sedikit positif pada salah satu ujungnya dan sebuah muatan negatif di sisi ujung lain, sehingga medan listrik bisa mematahkan molekul air ke dalam formasi yang kaku oleh penyelarasan mereka sesuai dengan beban muatan.

Tapi eksperimen sebelumnya untuk memahami apakah medan listrik dapat mempengaruhi pembekuan menjadi rumit oleh bahan yang digunakan. Bahan terbaik untuk menyimpan muatan listrik adalah logam, tapi semua orang yang telah lakukan saat membuka pintu mobil setelah badai salju, bentuk-bentuk es dengan mudah pada logam bahkan tanpa beban muatan. "Jika anda mencoba untuk melakukannya dengan logam, anda tidak tahu apakah berasal dari medan listrik ataukah dari logam itu sendiri," kata Lubomirsky.

Jangankan logam, Lubomirsky dan rekan-rekannya menggunakan bahan pyroelectric, yang dapat membentuk jangka pendek medan listrik ketika dipanaskan atau didinginkan. Para peneliti menggunakan empat kristal pyroelectric, masing-masing ditempatkan di dalam sebuah silinder tembaga. Permukaan bagian bawah dua kristal itu dilapisi dengan kromium untuk melakukan muatan listrik, dan dua lainnya dilapisi dengan aluminium oksida untuk menjaga permukaan bermuatan.

Para peneliti meletakkan setup eksperimental dalam ruangan lembab dan menolak termostat sampai tetesan air kristal terbentuk pada masing-masing, kemudian mendinginkan ruangan lebih lanjut sampai airnya membeku. Dengan tidak adanya muatan pada permukaan, air membeku rata-rata pada suhu -12,5°C. Tapi pada permukaan bermuatan positif, air membeku pada -7ºC. Dan pada permukaan bermuatan negatif, es terbentuk rata-rata sedingin -18ºC.

"Ini benar-benar dramatis, efek yang kuat dari tuduhan kami," kata Gene Stanley, fisikawan dari Boston University. Eksperimen sederhana ini berarti bahwa jenis material yang digunakan hampir pasti benar.

Lubomirsky dan rekan-rekannya juga berhasil membekukan air dengan memanaskan. Tetesan air tetap cair pada suhu -11ºC hingga 10 menit di permukaan bermuatan negatif. Tapi setelah muatan negatif hilang, pemanas ruangan untuk -8ºC cukup untuk menginduksikan muatan positif pada kristal pyroelectric kristal dan membekukan air.

"Ini perilaku yang sangat menarik. Dalam kasus ini, pada substansi khusus, jika anda menghangatkan, yang anda adalah membeku," komentar Cantrell Will, fisikawan atmosfer dari Michigan Technological University di Houghton.

Meir Lahav, juga dari Institut Weizmann, mengatakan bahwa respon air untuk mengisi daya mungkin tergantung pada bagaimana molekul-molekul air melawan bagian permukaan yang kedinginan, walaupun lebih banyak kerja diperlukan untuk mengetahui dengan tepat apa yang terjadi. "Molekul air harus diselaraskan secara berbeda, jadi saya mengantisipasi perbedaan ini harus mempengaruhi suhu pembekuan es. Tapi saya tidak mengharapkan perbedaan yang besar," kata Lahav.

Meskipun Lahav tidak memiliki agenda khusus untuk memanfaatkan efek ini bagi aplikasi seperti pembekuan cryogenic atau penyemaian awan, Lahav mengatakan bahwa timnya telah mengajukan hak paten. "Inti es adalah masalah yang sangat fundamental. Begitu anda memiliki pemahaman baru tentang efek ini maka semua aplikasi akan datang kemudian," kata Lahav.
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment