Amikor vízcseppek lebegnek a forró folyadékon For Science
Egy nagyon forró tányérra eső csepp lebeghet, ahelyett, hogy azonnal elpárologna. Ez a "Leidenfrost-effektus" fűtött folyadékban is megnyilvánul. Egy új tanulmány azt mutatja, hogy ebben az esetben a levitáló csepp konvekciós mozgásokat indukál a folyadékban, ami fenntartja a jelenséget.
Az etanol csepp (vörös színezékkel) a Leidenfrost-effektusnak köszönhetően leválik a szilikonolaj fürdőjéről. A csepp alsó részének párolgása következtében kialakuló gőzrétegen alapul.
Ha egy csepp vizet egy alig 100 ° C fölé melegített serpenyőre csepegtet, másodpercek alatt elpárolog. Ha viszont ugyanazt a serpenyőt 200 ° C körüli hőmérsékletre melegítjük, és visszahelyezünk rá egy csepp vizet, akkor az majdnem egy percig ugrik és minden irányban mozog a forró felületen, mielőtt elpárologna. A csepp lebeg: a víz fokozatos párolgása közben a csepp alatt vékony gőzréteget képez, amelyen lebeg. Ezt a jelenséget, amelyet Leidenfrost (vagy kalfíció) hatásnak neveznek, különféle konfigurációkban tanulmányozták, beleértve azt is, ahol forró folyadék helyettesíti a szilárd felületet. Benjamin Sobac, a Brüsszeli Szabadegyetem munkatársa elemezte azokat a konvekciós mozgásokat, amelyek azután a forró folyadékban zajlanak és fenntartják a lebegést.
Ezt a jelenséget 1756-ban Johann Gottlob Leidenfrost német orvos írta le, aki a nevét adta neki. Azóta sok munka tárgya, különösen azért, mert gyakran zavaró elem a hűtési vagy fűtési rendszerekben. Például, amikor a csernobili üzem reaktormagja elkezdett versenyezni, a hűtőfolyadék a Leidenfrost-effektus miatt már nem tudta ellátni a szerepét, ami a jól ismert drámai eredményhez vezetett. Ezzel szemben a Leidenfrost-effektus alkalmazható a súrlódás csökkentésére, vagy kis mennyiségű folyadék (csepp) szállítására is könnyedén és anélkül, hogy érintkezésbe kerülne a hordozóval, amelyen mozognak. A cseppfolyadék párolgási hőmérséklete fölé melegített szilárd szubsztrát esete a legtöbbet vizsgált helyzet, de néhány munka a folyékony szubsztrátok esetét is megvizsgálta. Ebben az összefüggésben megfigyelhetünk egy "inverz Leidenfrost-hatást" is, ahol a fürdőben lévő folyadék párolog el.
A folyadékfürdő egyik előnye, hogy a Leidenfrost-hatás megfigyeléséhez szükséges túlzott hőmérséklet kicsi a szilárd anyaghoz képest. Például elegendő egy szilikonolajfürdőt 1 ° C-kal melegíteni az etanol párolgási hőmérséklete felett, hogy levezessen egy csepp e folyadékot, miközben alumíniumlemezzel 80 ° C fölöslegre van szükség. A fém érdessége a folyadékok közötti sima felülethez képest részben ennek a különbségnek az oka.
Egy másik figyelemre méltó tulajdonság, hogy a szilárd hordozóban történő vezetés által dominált hőátadás folyékony fürdő esetén a konvekció által dominálható. Benjamin Sobac és munkatársai megvizsgálták ezt a lehetőséget.