Эффект Лейденфроста в действии (4 фото + 2 видео + 1 гиф)
- 4 октября 2013
- Познай МИР
Эффект Лейденфроста — это явление, при котором жидкость в контакте с телом значительно более горячим , чем точка кипения этой жидкости, создаёт изолирующий слой пара, который предохраняет жидкость от быстрого выкипания. Подробности под катом
Поясню немного. Вот то что бегает по лабиринту это капельки воды.Капля жидкости, находящаяся на горячей поверхности, благодаря тонкой теплоизолирующей паровой прослойке не испаряется моментально, а продолжает существовать довольно длительное время, левитируя над подложкой. Стрелки показывают направление течения пара. Время жизни капли определяется многими параметрами.
При определенных условиях капля жидкости, находящаяся на очень горячей поверхности, испаряется не сразу, а за счет теплоизолирующей прослойки из собственного пара существует довольно длительное время. Это явление известно как эффект Лейденфроста, а сама капля — как капля Лейденфроста. В 2006 году было обнаружено, что на поверхности со специальным рельефом капля Лейденфроста способна совершать направленное движение. Объяснение, которое дали в своей статье авторы этого открытия, оказалось неправильным. Коллектив ученых из Франции, проведя серию экспериментов, выяснил истинный механизм перемещения капли. Фактически она представляет собой «корабль на воздушной подушке», источник тяговой силы в котором — течение пара из теплоизолирующей прослойки.В последние годы изучение динамических характеристик капель разнообразных жидкостей привлекает всё больше ученых. Отчасти этот интерес обусловлен появлением высокоскоростных видеокамер, способных до мельчайших подробностей запечатлеть поведение капель на поверхности с заданными физическими и химическими параметрами, их соударение, а также взаимодействие капель с различными телами и средами. Анализ этих видеоданных позволяет, во-первых, проверить существующие теоретические модели, описывающие эти явления, а во-вторых, выявить какие-нибудь новые факты, не предсказанные теориями. Исследование динамики капель имеет также и большое прикладное значение: его результаты используются в технологиях lab-on-a-chip, струйной печати, охлаждении разбрызгиванием и даже в таком приземленном процессе, как покраска.Если проанализировать опубликованные данные экспериментов, посвященных нестационарному поведению капель, то в большинстве случаев причиной, заставляющей эти объекты двигаться, является гравитация. Однако не только силой тяжести можно добиться движения. Еще в середине XIX века итальянский физик Карло Марангони обнаружил, что капли, находящиеся на поверхности жидкости с неоднородным распределением коэффициента поверхностного натяжения, начинают смещаться в ту область, где значение этой величины имеет максимум. Это явление получило название эффекта Марангони (см. Marangoni effect). Между прочим, именно он ответственен за так называемые «слёзы вина» — колечко прозрачной жидкости, образующееся в верхней части бокала (после того, как его слегка взболтали), из которого затем формируются капли и стекают обратно в вино.Но сила тяжести и эффект Марангони — не единственные возможные двигатели капель. В 2006 году в журнале Physical Review Letters была опубликована статья Self-Propelled Leidenfrost Droplets с результатами исследования, в котором коллектив ученых из Австралии и США под руководством Хейнара Линке (Heinar Linke) впервые наблюдал, как под действием эффекта Лейденфроста (см. Leidenfrost effect; см. также Пленочное кипение) на специально структурированной поверхности латуни капли фреона R-134a (1,1,1,2 тетрафторэтан, температура кипения –26,1°C) миллиметрового диаметра начинали направленно разгоняться с ускорением 1–2 м/с2, приобретая спустя некоторое время постоянную скорость 5 см/с. Чтобы понять, каким образом эффект Лейденфроста двигает капли, необходимо сделать небольшое отступление и рассказать чуть подробнее об этом явлении.
Эффект ЛейденфростаНаверняка многим у себя на кухне приходилось видеть, как капли жидкости, попавшие на очень горячую сковороду, испаряются не сразу, а в течение минуты и даже дольше крутятся на ее поверхности (затем капля, разумеется, испаряется). Эта аномально долгая жизнь капли именуется эффектом Лейденфроста, в честь немецкого физика, описавшего это явление в 1750 году. Длительным существованием капля обязана тонкой прослойке из пара собственной жидкости (рис. 1), который выступает в качестве теплоизолирующего слоя, замедляя ее испарение.Помимо того, что капля, благодаря «паровой подушке», существенно продлевает свою жизнь, она еще и левитирует над горячей поверхностью. В научной литературе левитирующие капли известны как капли Лейденфроста.В качестве иллюстрации эффекта Лейденфроста на рис. 2 показано время жизни капли воды на дюралюминиевой подложке в зависимости от температуры подложки
