Studie: Het Leidenfrost-effect treedt op in de drie fasen van water: vast, vloeibaar en damp

Strooi een paar druppels water op een zeer hete pan en hij zal de lucht in vliegen en met een wilde overgave rond de pan glijden. Natuurkundigen van Virginia Tech hebben ontdekt dat dit ook kan worden bereikt door een dunne, platte schijf ijs op een verwarmd aluminium oppervlak te plaatsen. nieuw papier Gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Fluids. Het probleem: er moet een veel hogere kritische temperatuur worden bereikt voordat de ijsschijf kan stijgen.

zoals we zijn Ik noemde eerderIn 1756 noemde een Duitse wetenschapper Johann Gottlob Leidenfrost genoemd het opmerken voor het ongewone fenomeen. Hij merkte op dat water meestal op een zeer hete pan spat en zeer snel verdampt. Maar als de temperatuur van de pan ruim boven het kookpunt van water ligt, zullen zich “glanzende kwikachtige druppels” vormen en over het oppervlak vliegen. genaamd “Leidenfrost-effect ter ere van hem.

In de volgende 250 jaar kwamen natuurkundigen met een haalbare verklaring waarom dit gebeurde. Als het oppervlak minstens 400 graden Fahrenheit is (ruim boven het kookpunt van water), vormen zich eronder kussens van waterdamp of stoom, die het omhoog houden. Het Leidenfrost-effect werkt ook met andere vloeistoffen, waaronder oliën en alcohol, maar de temperatuur waarop het lijkt zal anders zijn.

fenomeen nog steeds fascinerend natuurkundigen. Zo is in 2018 bijvoorbeeld Ontdekt door Franse natuurkundigen Dat de druppels niet alleen op een stoomkussen lopen; Zolang het niet te groot is, duwt het zichzelf ook. Dit komt door een onbalans in de vloeistofstroom in de Leidenfrost-druppeltjes, doen alsof Kleine interne schijf. De grote druppels vertoonden een uitgebalanceerde stroming, maar naarmate de druppels verdampten en kleiner werden (ongeveer een halve millimeter in diameter) en meer bolvormig, trad een onbalans van krachten op. Dit zorgde ervoor dat de druppels als een wiel ronddraaiden, geholpen door een soort “ratel” -effect van naar beneden kantelen in dezelfde richting als de vloeistof die in de druppel stroomt. Franse natuurkundigen noemden hun ontdekking het “Leidenfrost-wiel”.

In 2019 heeft een internationaal team van wetenschappers Ik heb eindelijk de bron bepaald Van het bijbehorende krakende geluid gerapporteerd door Leidenfrost. Wetenschappers gevonden Het hangt af van de grootte van de druppel. Kleine druppels zullen van het oppervlak glijden en verdampen, terwijl grotere druppels zullen exploderen met deze schijnbare breuk. De boosdoener zijn deeltjesverontreinigingen die in bijna elke vloeistof worden aangetroffen. Grotere druppeltjes zullen beginnen met een hogere concentratie verontreinigingen, en deze concentratie neemt toe naarmate de druppeltjes kleiner worden. Ze komen in zo’n hoge concentratie terecht dat de deeltjes langzaam een ​​soort korst rond de druppel vormen. Dit projectiel verstoort het stoomkussen dat de druppel hoog houdt en explodeert wanneer het het oppervlak raakt.

En vorig jaar hebben MIT-wetenschappers vastgesteld waarom druppeltjes 100 keer sneller over een heet olieoppervlak worden voortgestuwd dan blootgesteld metaal. Onder de juiste omstandigheden vormde zich buiten elke druppel een dunne film, als een mantel. Naarmate de druppel heter werd, begonnen zich kleine belletjes waterdamp te vormen tussen de druppel en de olie, die vervolgens wegtrokken. Daaropvolgende bellen vormden zich meestal in de buurt van dezelfde plekken en vormden een enkel damppad dat de druppel in de gewenste richting zou voortstuwen.

Maar kun je het Leidenfrost-effect bereiken met sneeuw? Dat is wat het Virginia Tech-team wilde ontdekken. “Er is veel papier rond het tillen van vloeistoffen, we wilden een vraag stellen over het tillen van ijs,” Co-auteur Jonathan Boreko zei:. “Het begon als een nieuwsgierigheidsproject. Ons onderzoek werd ingegeven door de vraag of het mogelijk is om een ​​driefasig Leidenfrost-effect te verkrijgen met vaste, vloeibare en damp.”