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霍爾效應和定向移動速度有關嗎

生活 更新时间:2024-07-21 05:10:31

麻省理工學院的研究人員發現了一種現象,可以利用其控制液體中微小顆粒的運動。因為唯一需要的就是外部電場,所以最終有可能會開拓出全新工藝,在工業或醫學過程中實現某些微小懸浮物的分離。

Zachary Sherman博士和麻省理工學院化學工程教授James Swan發表在本周《物理評論快報》上的一篇論文裡描述了這一現象。原理基于馬格努斯效應的電動力學形式。

當一個旋轉物體的旋轉角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時,在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上将産生一個橫向力。在這個橫向力的作用下物體飛行軌迹發生偏轉的現象稱作馬格努斯效應。常見于空氣動力學場景,如足球賽場上提出的香蕉球。同時主要發生在宏觀對象上,非較小的粒子 。借助電場感應的馬格努斯效應可以将尺度縮至到納米級,使粒子沿受控方向移動,無須任何接觸或移動部件。

當時Sherman打算發展微小納米級粒子在磁場和電場中的相互作用模型,涉及模拟帶電粒子在電解液體中的形态,卻意外觀察到了電場下的馬格努斯效應。

衆所周知,将僅幾十到幾百納米的帶電粒子放在電解液時,它們會懸浮在其中形成膠體,不會沉降。 離子聚集在粒子周圍。 新模型成功地模拟出了這種離子簇。接下來,他在模型中加入電場。可以預期一個被稱為電泳的過程——沿施加電場的方向推動粒子。 模拟程序再現了這一過程。

然後,Sherman決定逐漸增加電場強度。他說:“後來我們看到了有趣的事。如果電場足夠強,會有少量的常規電泳,而膠體将自發旋轉。” 這就是馬格努斯效應。

他說,粒子不僅沿旋轉方向旋轉,且“兩種運動耦合在一起,旋轉的粒子将偏離其路徑”。

當施加的電場足夠強時,帶電粒子将在垂直于電場的方向上發生劇烈運動。因為馬格努斯效應使粒子的速度矢量偏離電場方向,所以粒子不會在電泳過程中撞到終點處的電極,所以,這“實際上是引導微觀粒子運動的更有效方法”。他說,這可能有實用價值。

比如說,讓帶電微粒附着在某藥用化學分子上,然後在電場的作用下電泳向靶點。或者,我們用它分離化學反應中的副産物,用電場使我們不想要的成分剝離。

他說,電動馬格努斯效應該适用于各種微粒。後續将研究不同的材料特性如何影響這種效應的旋轉速度或平移速度。原則上适用于所有懸浮顆粒和液體材料,隻要二者在介電常數的電特性方面彼此不同即可。

霍爾效應和定向移動速度有關嗎(電場中的馬格努斯效應)1

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