Когато капки вода левитират върху гореща течност For Science
Капка върху силно загрята плоча може да левитира, вместо незабавно да се изпари. Този „ефект на Leidenfrost“ се проявява и в нагрята течност. Ново проучване показва, че в този случай левитиращата капка предизвиква конвективни движения в течността, което поддържа явлението.
Капката етанол (с червено багрило) левитира върху вана със силиконово масло благодарение на ефекта Leidenfrost. Основава се на слой пара поради изпаряването на долната част на капката.
Ако пуснете капка вода върху тиган, загрят до малко над 100 ° C, тя ще се изпари за секунди. Но, противоположно, ако загреем същия тиган до около 200 ° C и отново поставим капка вода върху него, той започва да скача и да се движи във всички посоки върху горещата повърхност за почти минута, преди да се изпари. Капката левитира: тъй като постепенно се изпарява, водата образува тънък слой пара под капката, върху която се носи. Този феномен, известен като ефект на Leidenfrost (или калфация), е изследван в различни конфигурации, включително тази, когато гореща течност замества твърдата повърхност. Бенджамин Собац от Свободния университет в Брюксел и колегите му анализираха конвекционните движения, които след това се извършват в горещата течност и поддържат левитацията.
Това явление е описано през 1756 г. от немския лекар Йохан Готлоб Лайденфрост, който му е дал името. Оттогава тя е обект на много работа, особено защото често е разрушителен елемент в охлаждащите или отоплителните системи. Например, когато ядрото на реактора на централата в Чернобил започна да се състезава, охлаждащата течност вече не можеше да изпълнява ролята си поради ефекта на Лайденфрост, което доведе до добре познатия драматичен резултат. Обратно, ефектът на Leidenfrost може също да се използва за намаляване на триенето или за транспортиране на малки количества течност (капки) лесно и без контакт със субстрата, върху който се движат. Случаят на твърд субстрат, нагрят до температура над температурата на изпаряване на течността в капката, е най-изследваната ситуация, но някои работи са разгледали и случая на течни субстрати. В този контекст можем да наблюдаваме и „обратен ефект на Лейденфрост“, където течността във ваната се изпарява.
Едно предимство на течната баня е, че излишната температура, необходима за наблюдение на ефекта на Лайденфрост, е малка в сравнение с твърдите вещества. Например, достатъчно е да се загрее баня със силиконово масло на 1 ° C над температурата на изпаряване на етанола, за да се левитира капка от тази течност там, докато е необходим излишък от 80 ° C с алуминиева плоча. Грапавостта на метала в сравнение с гладката връзка между флуидите е отчасти причината за тази разлика.
Друга забележителна характеристика е, че преносът на топлина, доминиран от проводимостта в твърда основа, може да бъде доминиран от конвекция в случай на течна баня. Бенджамин Собач и колегите му разгледаха тази възможност.