Studie: Der Leidenfrost-Effekt tritt in den drei Wasserphasen auf: fest, flüssig und dampfförmig

Zeitlupenvideo vom Kochen von Eis, einem Forschungsprojekt des Laboratory of Nature-Inspired Fluids and Interfaces an der Virginia Tech.

Spritzen Sie ein paar Tropfen Wasser auf eine sehr heiße Pfanne, und es wird in die Luft steigen und mit wilder Hingabe um die Pfanne gleiten. Physiker der Virginia Tech haben entdeckt, dass dies auch erreicht werden kann, indem man eine dünne, flache Eisscheibe auf eine erhitzte Aluminiumoberfläche legt neues Papier Veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Fluids. Das Problem: Es muss eine viel höhere kritische Temperatur erreicht werden, bevor die Eisscheibe aufsteigen kann.

wie wir sind Ich habe vorhin erwähnt1756 wurde ein deutscher Wissenschaftler benannt Johann Gottlob Leidenfrost genannt es bemerken für das ungewöhnliche Phänomen. Er stellte fest, dass Wasser normalerweise auf eine sehr heiße Pfanne spritzt und sehr schnell verdunstet. Wenn die Temperatur der Pfanne jedoch weit über dem Siedepunkt von Wasser liegt, bilden sich „glänzende, quecksilberähnliche Tröpfchen“ und fliegen über die Oberfläche. namens „Leidenfrost-Effekt ihm zu ehren.

In den nächsten 250 Jahren fanden Physiker eine brauchbare Erklärung dafür, warum dies geschah. Wenn die Oberfläche mindestens 400 Grad Fahrenheit hat (deutlich über dem Siedepunkt von Wasser), bilden sich darunter Kissen aus Wasserdampf oder Dampf, die sie angehoben halten. Der Leidenfrost-Effekt funktioniert auch mit anderen Flüssigkeiten, einschließlich Ölen und Alkohol, aber die Temperatur, bei der er auftritt, ist anders.

Phänomen immer noch faszinierend Physiker. Zum Beispiel im Jahr 2018, Von französischen Physikern entdeckt Dass die Tropfen nicht nur auf einem Dampfkissen laufen; Solange es nicht zu groß ist, drückt es sich auch selbst. Dies ist auf ein Ungleichgewicht des Flüssigkeitsflusses in den Leidenfrost-Tröpfchen zurückzuführen. so tun als Kleines internes Laufwerk. Die großen Tropfen zeigten einen ausgeglichenen Fluss, aber als die Tropfen verdampften, kleiner (etwa ein halber Millimeter im Durchmesser) und kugelförmiger wurden, trat ein Kräfteungleichgewicht auf. Dies führte dazu, dass sich die Tröpfchen wie ein Rad drehten, unterstützt durch eine Art „Ratscheneffekt“, bei dem sie in die gleiche Richtung wie die im Tropfen fließende Flüssigkeit nach unten kippten. Französische Physiker nannten ihre Entdeckung „das Rad von Leidenfrost“.

2019 ein internationales Team von Wissenschaftlern Endlich habe ich die Quelle ermittelt Aus dem begleitenden Knackgeräusch, das von Leidenfrost gemeldet wurde. Wissenschaftler fand es Es kommt auf die Tropfengröße an. Kleinere Tropfen gleiten von der Oberfläche und verdampfen, während größere Tropfen mit diesem scheinbaren Bruch explodieren. Schuld daran sind Partikelverunreinigungen, die in fast jeder Flüssigkeit zu finden sind. Größere Tröpfchen beginnen mit einer höheren Konzentration an Verunreinigungen, und diese Konzentration nimmt zu, wenn die Tröpfchen schrumpfen. Sie landen in einer so hohen Konzentration, dass die Partikel langsam eine Art Kruste um den Tropfen herum bilden. Dieses Projektil interferiert mit dem Dampfpolster, das das Tröpfchen hochhält, und explodiert, wenn es auf die Oberfläche trifft.

Und letztes Jahr stellten MIT-Wissenschaftler fest, warum Tröpfchen 100-mal schneller über eine heiße, ölige Oberfläche geschleudert werden als freiliegendes Metall. Unter den richtigen Bedingungen bildete sich um jeden Tropfen herum ein dünner Film wie ein Mantel. Als der Tropfen heißer wurde, begannen sich kleine Wasserdampfblasen zwischen dem Tropfen und dem Öl zu bilden und entfernten sich dann. Nachfolgende Blasen bildeten sich typischerweise in der Nähe der gleichen Stellen und bildeten einen einzelnen Dampfpfad, der das Tröpfchen in die bevorzugte Richtung treiben würde.

Aber kann man mit Eis den Leidenfrost-Effekt erzielen? Das wollte das Team von Virginia Tech herausfinden. „Es gibt viele Artikel über das Heben von Flüssigkeiten, wir wollten eine Frage zum Heben von Eis stellen.“ Co-Autor Jonathan Borico sagte:. „Es begann als Kuriositätsprojekt. Unsere Forschung wurde von der Frage motiviert, ob es möglich ist, einen dreiphasigen Leidenfrost-Effekt mit Feststoff, Flüssigkeit und Dampf zu erzielen.“

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