XIII Curso Iniciación a la Investigación en IEM, 16 marzo 2016José Ma. Fernández, Instituto de Estructura de la Materia
José Mª FernándezLaboratorio de Fluidodinámica MolecularInstituto de Estructura de la Materia, CSIC
XIII Curso Iniciación a la Investigación en IEM, 16 marzo 2016José Ma. Fernández, Instituto de Estructura de la Materia
Grupo de Fluidodinámica Molecular
Guzmán Tejeda
Salvador Montero
José Mª Fernández
Elena Moreno
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Microchorros líquidos subenfriados
Tobera < 10 micras Líquido presurizado (5-20 bar) Se enfrían por evaporación superficial (en vacío) Densidad ~ constante Fluctuaciones de Rayleigh: rotura en gotas -> líquido
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P0=0.6 barT0=45 K
P0=8 barT0=17 K
Trayectorias en el diagrama de fases H2
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Chorros supersónicos de gases. Generalidades
M<<1M>>1 M<1
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Chorros supersónicos. Zona de silencio
100 1000z (m)
1x100
1x101
1x102
1x103
1x104
n (1
022
m-3
)
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
v (m
/s)
2.55 bar1.28 bar
v
n
0 500 1000 1500 2000z (m)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Tem
pera
ture
/ K
ortho-H2
para-H2
ortho-H2
para-H2
Rotational
Translational
1.28 bar
2.55 bar
•Se rompe el equilibrio TD: Ttras ≠Trot ≠ Tvib•El chorro supersónico es un sistema dinámico, condicionado por la cinética de colisiones: congelación Trot
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Espectroscopía Raman. Propiedades
Universalidad (todas las especies moleculares dan espectro Raman)
Relación lineal entre intensidad espectral y densidad molecular
Rango espectral de ~1 a 6000 cm-1
Rango dinámico de intensidades >106
Alta resolución espacial (unas pocas micras)
LimitacionesDebilidad intrínseca del efecto Raman
Resolución espectral modesta (~0,1 cm-1)
Ventajas
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Montaje experimental
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Montaje experimental
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Montaje experimental
• Movemos la tobera para muestrear el chorro• Resolución espacial: 1 μm• Resolución temporal:
Gas: v ~ 1000 m/s => 1 ns Líquido v ~ 100 m/s.=> 10 ns
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¿Qué podemos estudiar con espectroscopíaRaman en chorros de fluidos?
espectros de moléculas frías
espectros de moléculas calientes
mapas de temperaturas en chorros de gases
mapas de densidades en chorros de gases
colisiones moleculares inelásticas
agregación molecular
solidificación de líquidos subenfriados
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Colisiones inelásticas H2O:He
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Microchorros de para-H2 y orto-D2 líquidos
Kühnel, Fernández, Tejeda, Kalinin, Montero, Grisenti, Phys. Rev. Lett. 106, 245301 (2011)Kühnel, Fernández, Tramonto, Tejeda, Moreno, et al., Phys. Rev. B 89, 180201(R) (2014)Kühnel, Fernández, Tramonto, Tejeda, Moreno, et al., J. Chem. Phys. 143, 064504 (2015)
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ConclusionesEl FDM-lab ofrece formación en física molecularexperimental, con un marcado carácter interdisciplinar:- Espectroscopía Raman de altas prestaciones- Láseres de potencia y técnicas ópticas relacionadas- Dinámica supersónica de fluidos- Alto vacío- Criogenia (sub 50 K)
Posibles temas de trabajo• colisiones de moléculas de interés astrofísico o atmosférico (+ He, H2..) • agregados moleculares pequeños de (H2, H2O, O2, CO, etc)• cristalización (¿o no?) de microchorros de agua subenfriada