Dinámica no lineal de una bola conductora inmersa en un líquido dieléctrico sometida a un campo eléctrico

Abstract

Dinámica y carga de una bola conductora que bota sobre un electrodo bajo efecto de un campo eléctrico estático. Dinámica no lineal y caos en campo alterno.

Una bola conductora inmersa en un líquido poco conductor entre dos electrodos horizontales adquiere carga por contacto con el electrodo cuando se aplica un campo eléctrico externo. Cuando este campo es suficientemente alto, la fuerza eléctrica supera la gravedad y la bola despega y se mueve hacia el electrodo superior. Sin embargo, debido al tiempo de relajación eléctrico finito del líquido, la bola pierde carga y vuelve a caer. El proceso se renueva mientras el campo se mantenga por encima del umbral necesario para el despegue. Se registra pulsos de corriente en el circuito en cada impacto de la bola.

En este trabajo se estudian el tiempo de bote y el campo umbral de despegue de la bola. Se estudia la carga transferida al circuito por los pulsos de corriente y el proceso de la microdescarga responsable de estos pulsos. También se estudia el caso de una gota. El proceso de despegue en este caso es distinto, debido a la adhesión y la deformación de la gota.

Cuando se superpone una componente alterna al campo estático aplicado, el tiempo entre botes, que se toma como observable del sistema, provee un mapa discreto no lineal que depende de dos parámetros; la amplitud y la frecuencia de la componente alterna del campo. Se propone un modelo teórico que se discute en comparación con los resultados experimentales. Se muestra que el sistema exhibe un desdoblamiento de periodo y una transición al caos según un comportamiento no Fiegenbaum. El motivo caótico se investiga mediante las herramientas usuales: los exponentes de Lyapunov, las dimensiones de correlación y las entropías de correlación. La estructura fractal del atractor se pone de manifiesto tanto en las series temporales experimentales como en las simulaciones numéricas.