Când picături de apă levitează pe lichid fierbinte Pentru Știință
O picătură pe o placă foarte fierbinte poate levita în loc să se evapore imediat. Acest „efect Leidenfrost” se manifestă și într-un lichid încălzit. Un nou studiu arată că, în acest caz, picătura levitativă induce mișcări de convecție în lichid, care menține fenomenul.
Picătura de etanol (cu colorant roșu) levitează pe o baie de ulei de silicon datorită efectului Leidenfrost. Se bazează pe un strat de vapori datorat vaporizării părții inferioare a picăturii.
Dacă aruncați o picătură de apă pe o tigaie încălzită la puțin peste 100 ° C, aceasta se va evapora în câteva secunde. Dar, contraintuitiv, dacă încălziți aceeași tigaie la aproximativ 200 ° C și puneți o picătură de apă pe ea, începe să sară și să se deplaseze în toate direcțiile pe suprafața fierbinte timp de aproape un minut înainte de evaporare. Picătura levitează: pe măsură ce se vaporizează treptat, apa formează un strat subțire de vapori sub picătură, pe care plutește. Acest fenomen, cunoscut sub numele de efect Leidenfrost (sau calfaction), a fost studiat în diverse configurații, inclusiv în cazul în care un lichid fierbinte înlocuiește suprafața solidă. Benjamin Sobac, de la Universitatea Liberă din Bruxelles, și colegii săi au analizat mișcările de convecție care au loc apoi în lichidul fierbinte și mențin levitația.
Acest fenomen a fost descris în 1756 de medicul german Johann Gottlob Leidenfrost, care i-a dat numele. De atunci a făcut obiectul multor lucrări, în special deoarece este adesea un element perturbator în sistemele de răcire sau încălzire. De exemplu, atunci când nucleul reactorului fabricii de la Cernobîl a început să curgă, lichidul de răcire nu și-a mai putut îndeplini rolul datorită efectului Leidenfrost, care a dus la binecunoscutul rezultat dramatic. În schimb, efectul Leidenfrost poate fi folosit și pentru a reduce fricțiunea sau pentru a transporta cu ușurință cantități mici de lichid (picături) și fără contact cu substratul pe care se mișcă. Cazul unui substrat solid încălzit la o temperatură peste temperatura de vaporizare a lichidului în picătură este situația cea mai studiată, dar unele lucrări au analizat și cazul substraturilor lichide. În acest context, putem observa și un „efect Leidenfrost invers”, în care lichidul din baie este cel care vaporizează.
Un avantaj al băii lichide este că excesul de temperatură necesar pentru a observa efectul Leidenfrost este mic în comparație cu solidele. De exemplu, este suficient să încălziți o baie de ulei de silicon cu 1 ° C peste temperatura de vaporizare a etanolului pentru a levita o picătură din acest lichid acolo, în timp ce este necesar un exces de 80 ° C. cu o placă de aluminiu. Rugozitatea metalului în comparație cu interfața netedă dintre fluide este parțial cauza acestei diferențe.
O altă caracteristică notabilă este că transferul de căldură, dominat de conducerea într-un substrat solid, ar putea fi dominat de convecție în cazul unei băi lichide. Benjamin Sobac și colegii săi au examinat această posibilitate.