В Университете Массачусетса в Амхерсте аспирант Энтони Райх сделал неожиданное открытие: жидкость, которая после встряхивания принимает форму, напоминающую древнегреческий сосуд — урну. Это явление противоречит классическим законам термодинамики, согласно которым жидкие смеси стремятся к минимизации поверхности.
Смесь, исследуемая Райхом, состоит из масла, воды и магнитных частиц никеля. Эксперимент заключался в том, что ученый встряхивал смесь в пробирке, ожидая, что компоненты разделятся на слои — масло сверху, вода снизу, как это обычно происходит. Однако смесь формировала стабильную эмульсию, сохраняющую форму греческой вазы, даже после многократных встряхиваний.
Томас Расселл, профессор полимерной науки и инженерии в том же университете и соавтор исследования, отметил: «Такое поведение противоречит обычным термодинамическим ожиданиям, поскольку форма с большим поверхностным пространством должна быть менее стабильной». Обычно жидкости принимают сферическую форму, чтобы минимизировать площадь поверхности и тем самым снизить энергию системы.
Ключевую роль в формировании необычной формы играют магнитные диполи, возникающие между частицами никеля. Их взаимодействие создает силы, которые влияют на распределение компонентов и стабилизируют нестандартную форму эмульсии. Таким образом, несмотря на кажущееся нарушение законов термодинамики, в данном случае они применяются иначе из-за сложных взаимодействий на микроуровне.
Результаты исследования были опубликованы 4 апреля в журнале Nature Physics. Работа Энтони Райха и Томаса Расселла открывает новые горизонты в понимании поведения сложных жидких систем и может иметь практическое значение для создания материалов с программируемыми формами.
Это открытие связано с более широкими научными усилиями по управлению свойствами жидкостей и материалов. Ранее ученые уже добивались прогресса в производстве топлива из воды и солнечного света, а также решали загадки ядерного синтеза с помощью необычных методов, например, используя майонез.
Таким образом, новое исследование демонстрирует, как сложное взаимодействие магнитных частиц в жидких смесях способно создавать устойчивые структуры, которые ранее считались невозможными, и расширяет понимание фундаментальных физических процессов.
Изображение носит иллюстративный характер
Смесь, исследуемая Райхом, состоит из масла, воды и магнитных частиц никеля. Эксперимент заключался в том, что ученый встряхивал смесь в пробирке, ожидая, что компоненты разделятся на слои — масло сверху, вода снизу, как это обычно происходит. Однако смесь формировала стабильную эмульсию, сохраняющую форму греческой вазы, даже после многократных встряхиваний.
Томас Расселл, профессор полимерной науки и инженерии в том же университете и соавтор исследования, отметил: «Такое поведение противоречит обычным термодинамическим ожиданиям, поскольку форма с большим поверхностным пространством должна быть менее стабильной». Обычно жидкости принимают сферическую форму, чтобы минимизировать площадь поверхности и тем самым снизить энергию системы.
Ключевую роль в формировании необычной формы играют магнитные диполи, возникающие между частицами никеля. Их взаимодействие создает силы, которые влияют на распределение компонентов и стабилизируют нестандартную форму эмульсии. Таким образом, несмотря на кажущееся нарушение законов термодинамики, в данном случае они применяются иначе из-за сложных взаимодействий на микроуровне.
Результаты исследования были опубликованы 4 апреля в журнале Nature Physics. Работа Энтони Райха и Томаса Расселла открывает новые горизонты в понимании поведения сложных жидких систем и может иметь практическое значение для создания материалов с программируемыми формами.
Это открытие связано с более широкими научными усилиями по управлению свойствами жидкостей и материалов. Ранее ученые уже добивались прогресса в производстве топлива из воды и солнечного света, а также решали загадки ядерного синтеза с помощью необычных методов, например, используя майонез.
Таким образом, новое исследование демонстрирует, как сложное взаимодействие магнитных частиц в жидких смесях способно создавать устойчивые структуры, которые ранее считались невозможными, и расширяет понимание фундаментальных физических процессов.
