Иллюстрация: Joris Heyman et al. / Physical Review Letters. Физики провели исследование распространения жидкости в сильно пористом материале, в условиях, когда вся жидкость содержала в себе примесь красителя. Для полного понимания всех основных процессов смешивания ученые использовали анализ хаотических узоров, которые образуются на поверхности материала. Результаты данного исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Пористые материалы характеризуются сложной структурой, что приводит к хаотичному движению жидкости в различных направлениях. Введение примеси в такую жидкость обусловливает процесс перемешивания. Наблюдение за этим процессом напрямую возможно только в прозрачных материалах. Однако для практических целей важно изучить движение жидкости в непрозрачных материалах, таких как почва или гравий. Понимание этих процессов позволит оценить изменения концентрации загрязнителей в воде при ее фильтрации через горные породы.

Joris Heyman et al. / Physical Review Letters

Ранее смешивание в непрозрачных материалах наблюдалось с помощью рентгеновской и магнитно-резонансной спектроскопии. Однако эти методы не обеспечивали изображения достаточного качества для детального изучения микроскопических аспектов процесса.

Джорис Хейман (Joris Heyman) и Танги Ле Борн (‪Tanguy Le Borgne) из Университета Ренна I вместе с Даниэлем Лестером (‪Daniel Lester) из Мельбурнского королевского технологического института разработали новый метод, который позволяет наблюдать за процессом протекания вещества через пористый материал, когда получение прямого изображения невозможно.

В качестве пористой среды ученые взяли цилиндры высотой 20 сантиметров, заполненные шариками диаметром пять миллиметров или гравием со средним диаметром одного обломка 5,4 миллиметра. Между основаниями цилиндров поддерживали постоянный барический градиент, который обеспечивал установившийся поток смеси воды и глицерина сквозь материал в цилиндре.

Эксперимент провели в два этапа. Сначала в жидкость тонкой иглой (r = 0,5 миллиметра) ввели флуоресцентный краситель сквозь одно из оснований цилиндра. После того, как краситель достиг другого основания, ученые поменяли направление потока на обратное.

Для возбуждения флуоресцентного излучения вещества, проступающего на поверхности, использовали лазер. Перемешивание красителя произошло, несмотря на то, что поток жидкости был медленным и не турбулентным. Картина на поверхности менялась со временем: краситель распространялся от одного пятнышка в центре, постепенно создавая хаотические узоры.

Новый метод дал изображение с точностью до микроскопических деталей. Ученые смогли качественно оценить смешивание веществ в жидкости, протекающей сквозь непрозрачное пористое вещество.

Автор: Екатерина Назарова
Источник: https://nplus1.ru/