Ефект Ляйденфроста
Цікаве явище можна спостерігати,
капаючи воду на ідеально
чисту пательню
котру нагрівають.
Ефект Ляйденфроста
Цікаве явище можна спостерігати,
капаючи воду на ідеально чисту пательню
котру нагрівають.
 |
| Ефект Ляйденфроста (або Ефект Лейденфроста) — явище, при якому рідина в контакті з тілом, що має температуру значно вищу за точку кипіння цієї рідини, створює ізолюючий шар пари, який запобігає швидкому викіпанню рідини. |
Цікаве явище можна спостерігати, капаючи воду на ідеально чисту сковороду (пательню) котру нагрівають. Спочатку, коли температура поверхні нижча 100 °C, краплини води просто розтікається по ній і поступово випаровуються. По досягненні 100 °C краплі будуть випаровуватися інтенсивніше: з шипінням і набагато швидше. Далі, після того як температура поверхні металу досягне певного значення (для води при нормальних умовах вона становить 193 °С - точка Лейденфроста), при контакті з пательнею краплі збираються в маленькі кульки і переміщуються по ній — вода знаходиться в пательні значно довше, ніж при більш низьких температурах. Явище спостерігається до тих пір, поки температура не стане настільки великою, що краплі почнуть випаровуватися занадто швидко для його проявів. Дане явище називають ефект Ляйденфроста на честь Йоганна Готлоба Ляйденфроста, який вперше описав цю проблему в «Трактаті про деякі властивості звичайної води» в 1756 році, хоча до нього цей феномен досліджував Герман Бургаве в 1732 році.
Основна причина — при температурах, що вищі точки Лейденфроста, нижня частина краплі миттєво випаровується при контакті з гарячою поверхнею.
Отриманий в результаті газ підтримує частину краплі над нею, запобігаючи подальшому прямому контакту між рідкою водою і гарячим тілом. Так як теплопровідність пари значно нижча, теплообмін між краплею і пательнею сповільнюється, це дозволяє краплі «їздити» по пательні на шарові з газу під нею. Температуру, при якій починає працювати ефект, непросто передбачити заздалегідь. Навіть якщо об'єм рідини залишається постійним, точка Ляйденфроста може змінюватися в складній залежності від властивостей поверхні, а також домішок у рідині. Деякі дослідження все ж проводилися на теоретичній моделі системи, що, однак, виявилося досить складним. Явище було описано видатним конструктором парових котлів Вікторіанської епохи Вільямом Фейрберном, який бачив в ньому причину сильного зменшення теплообміну між гарячим залізом і водою в паровому котлі. У двох лекціях з конструкції котлів він цитував роботу, в якій крапля, що майже миттєво випаровувалася при температурі 168 °C, зберігалася протягом 152 секунд при 202 °C: виходило, що при більш низьких температурах в топці вода може випаровуватися навіть швидше. Варіант з підвищенням температури за точку Лейденфроста також розглядався Фейрберном, що повинно було б привести його до створення котлів, на зразок тих, що використовуються в паромобілях, однак, можливості техніки того часу навряд чи це дозволяли.
Отже за точку Ляйденфроста приймають температуру, при якій «левітація» краплі триває найдовший час.