Stabilität und Zerfallsdynamik hochgeladener Flüssigkeitströpfchen

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Die Stabilität und Zerfallsdynamik elektrisch geladener sphärischer Flüssigkeitstropfen spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Gewittern und ist die Grundlage vieler technischer Anwendungen wie Elektrospray-Ionisation, Tintenstrahldruck oder elektrostatischer Lackierverfahren. Bereits 1882 wurde die Stabilität geladener Flüssigkeitstropfen von Lord Rayleigh analysiert und eine obere Grenze für die elektrische Ladung eines flüssigen Tropfens angegeben. Die Dynamik, die nach Überschreiten des Rayleigh-Limits zu einer asymmetrischen Spaltung führt, ist jedoch bis heute noch nicht eingehend untersucht und auch nicht theoretisch verstanden. Durch die experimentelle Analyse der Quadrupolschwingung solcher Tröpfchen gelang es uns kürzlich zu beweisen, dass die Ladungs-Instabilität bei einer Fissilität von eins auftritt und in Form eines jetförmigen Ausstoßes von Flüssigkeit erfolgt. Dieser experimentelle Durchbruch erlaubt es nun, systematisch die komplexe Hydrodynamik der Tropfenspaltung zu verfolgen. Im Mittelpunkt unserer Untersuchungen soll die Frage nach der Universalität der von uns bereits an einem System beobachteten Vorgänge stehen. Wir wollen dabei den Einfluss von Temperatur, Viskosität und Leitfähigkeit der Flüssigkeit auf die Dynamik der Spaltung beobachten. Hierzu beantragen wir den Aufbau einer für derartige Experimente optimierten Apparatur.