Impact of Using a Generator G

Los experimentos iniciales fueron realizados en celdas de 50µm. El cris- tal l´ıquido empleado fue 5CB. Las paredes de la celda fueron tratadas para obtener un alineamiento homog´eneo. La temperatura a la que se realizaron los experimentos fue de (25,0±0,2)◦C, mantenida constante durante la medi- ci´on. La observaci´on se realiz´o en una estaci´on de videomicroscop´ıa facilitada por el grupo de F´ısica de la Atm´osfera – FaMAF (figura 27). Consiste de un microscopio Olympus BH2-SC con una c´amara de video RCA TC2014/X. La se˜nal de video se digitaliz´o utilizando una tarjeta PCI Encore ENLTV-FM, con una resoluci´on de 720×576 a 30f ps. Se emplearon polarizadores cruzados para mejorar el contraste de las im´agenes. La aplicaci´on de la perturbaci´on el´ectrica se realiz´o a trav´es de un generador de funciones Agilent 33220A.

En las primeras pruebas realizadas se emple´o un voltaje pulsado entre 0 y valores positivos de voltaje (figura 28a), con una duraci´on de los pulsos que vari´o entre 10 y 200 mseg. Con el incremento en pasos del voltaje se observ´o una reorientaci´on molecular que sucede para valores de voltaje de

∼1V (transici´on de Freedericksz). Incrementando aun m´as el voltaje aplica- do se verific´o una orientaci´on uniforme del director hasta un valor de apro- ximadamente 10 V, a partir del cual se apreci´o la formaci´on de estructuras desordenadas asociadas, claramente, con inestabilidades electrohidrodin´ami- cas (figura 29a). En este caso, la acci´on del voltaje influye considerablemente en la reorientaci´on molecular induciendo un flujo de materia.

En pruebas posteriores se aplic´o un voltaje con una forma de onda cuadra- da y una frecuencia entre 20 y 100Hz (figura 28b). La onda cuadrada estuvo centrada en cero y fu´e sim´etrica entre ciclos positivos y negativos. Con el in- cremento del voltaje aplicado se observ´o la transici´on de Freedericksz para valores pr´oximos a ∼1Vpp). Posteriores incrementos del voltaje dieron como

resultado una orientaci´on uniforme del director (figura 29b) hasta alcanzar un valor de ∼ 18 Vpp donde se observ´o el inicio de un r´egimen ca´otico. Sin

embargo, cuando se modific´o la simetr´ıa entre los ciclos positivos y negati- vos de la onda cuadrada, se observaron estructuras disipativas similares a las conseguidas mediante pulsos (figura 29a). En este caso, la acci´on del voltaje aplicado induce, nuevamente, un flujo de materia asociado a la reorientaci´on molecular.

En una nueva serie de experimentos se aplic´o un voltaje con una forma de onda sinusoidal pulsada (figura 28c). La frecuencia de la onda sinusoi-

Figura 27: Estaci´on de trabajo empleada en las observaciones mediante mi- croscop´ıa convencional.

Figura 28: Diagrama de los diferentes tipos de perturbaciones el´ectricas em- pleados. a- pulsos, b- onda cuadrada, c- onda sinusoidal pulsada, d- onda sinusoidal mas una componente DC.

Figura 29: a - Estructura convectiva observada en celdas de 50µmaplicando pulsos el´ectricos con un valor de 12V. b - Sin estructura observada al aplicar un campo el´ectrico sinusoidal pulsado con un valor de 12,5 Vpp.

dal se vari´o entre 100 Hz y 1kHz, mientras que la duraci´on de los pulsos tom´o valores entre 10 y 200 mseg. El incremento del voltaje aplicado tuvo como resultado, nuevamente, la transici´on de Freedericksz alrededor de los valores esperados (∼1 Vpp) seguido por una orientaci´on uniforme del direc-

tor. Al igual que en el caso de la forma de onda cuadrada, centrada en cero y con simetr´ıa entre ciclos, el efecto conseguido fu´e s´olo una reorientaci´on molecular sin flujo inducido. Los resultados obtenidos son independientes de las duraciones de los pulsos y de la frecuencia de la onda sinusoidal, en el rango estudiado. Sin embargo, se observ´o la aparici´on de patrones “celulares” cuando la onda sinusoidal conten´ıa un “offset” de continua.

Este ´ultimo resultado nos llev´o a plantear un nuevo experimento donde se aplic´o un voltaje AC sinusoidal continuo con una frecuencia fija de 50 Hz, al que se sum´o una componente DC (figura 29d). Un estudio sistem´atico permi- ti´o observar la evoluci´on de diferentes estructuras dependientes de la relaci´on entre los voltajes AC y DC. La evoluci´on del sistema result´o depender fuer- temente de la componente DC aplicada y no as´ı de la frecuencia empleada, al menos en el rango estudiado (3−100 Hz). Se desarrollaron una serie de mediciones en las cuales se define una relaci´on fija entre los voltajes AC y DC, seguido de un incremento gradual del voltaje manteniendo dicha raz´on DC/AC constante, con el fin de definir los valores umbrales del voltaje a los cuales se observa la formaci´on de estructuras. Despu´es de cada incremento en voltaje aplicado se dejab´o evolucionar el sistema durante un intervalo de

∼120seg. Mas detalles de los resultados obtenidos en estos experimentos son mostrados en el capitulo V.

Los patrones observados demostraron una fuerte dependencia con la re- laci´onR =VAC/VDC. Para valores deR < 0,5 se obtuvieron estructuras del

tipo celular (figura 30a), mientras que para valores R >0,5 se obten´ıan pa- trones elongados y desordenados t´ıpicos de un r´egimen ca´otico (figura 30c). El resultado mas llamativo fue el caso R ≈0,5, para el cual las estructuras celulares evolucionan a un patr´on hexagonal (figura 30b). Este resultado nos llam´o mucho la atenci´on, pues el comportamiento fu´e reproducido en celdas con espesores de 127 µm y 250 µm, pero imposibles de obtener en celdas de 20 µm, 50 µm y 650 µm. Otro punto llamativo fue el hecho de obtener estos resultados en un compuesto con caracter´ısticas el´ectricas como las del 5CB (εa >0 y σa >0), t´ıpicamente excluido de manifestar la formacion de

patrones dentro de la teor´ıa cl´asica. En vista de los experimentos realizados concluimos que la componente DC posee un rol determinante en la formaci´on de las estructuras observadas.

Figura 30: Resultados obtenidos en celdas de 127 µm con diferentes valores de R, a - R <0,5, b - R ≈0,5 y c - R > 0,5.

El resultado descripto se transform´o en la pregunta principal de esta tesis.