الدراسة: يحدث تأثير Lightenfrost في جميع الحالات المائية الثلاثة: الصلبة والسائلة والبخارية

في مقلاة ساخنة جدًا ، اسكب بضع قطرات من الماء. اكتشف الفيزيائيون في Virginia Tech أنه يمكن تحقيق ذلك أيضًا عن طريق وضع جليد رقيق مسطح على سطح من الألومنيوم الساخن. ورقة جديدة تم نشر المجلة الفيزيائية في مجلة السوائل. ج: قبل فرض قرص الثلج ، يجب الوصول إلى درجة الحرارة الأكثر خطورة.

تمامًا كما فعلنا المذكور سابقافي 1756 سميت على اسم عالم ألماني يوهان كاتلوب ليدنفروست ذكرت رعايته حدث استثنائي. بشكل عام ، أشار إلى أن الماء يتناثر على مقلاة شديدة السخونة ويتبخر بسرعة كبيرة. ولكن إذا كانت درجة حرارة المقلاة أعلى من درجة غليان الماء ، فإن “القطرات اللامعة الشبيهة بالفضة” سوف تتشكل وتتناثر على السطح. هذا يسمي “تأثير LightenFrost “ في ذاكرته.

على مدار الـ 250 عامًا التالية ، توصل الفيزيائيون إلى تفسير محتمل لسبب حدوث ذلك. إذا كانت درجة حرارة السطح 400 درجة فهرنهايت على الأقل (فوق نقطة غليان الماء) ، فسوف تتشكل مراتب بخار أو بخار تحتها وتستمر في البروز. يعمل تأثير لايدنفروست مع الزيوت والسوائل الأخرى ، بما في ذلك الكحول ، لكن درجة الحرارة التي يتعرض لها تختلف.

حدث تواصل جذب فيزيائيون. على سبيل المثال ، في عام 2018 ، اكتشفه الفيزيائيون الفرنسيون قطرات لا تركب فقط على مرتبة البخار ؛ طالما أنها ليست كبيرة ، فإنها سوف تدفع نفسها. هذا بسبب عدم التوازن في تدفق السوائل داخل قطرة لايدنفروست. يتصرف مثل محرك داخلي صغير. أظهرت القطرات الأكبر حجمًا تدفقًا منتظمًا ، ولكن مع تبخر القطرات وأصبحت أصغر (قطرها حوالي نصف ملليمتر) وأكثر كروية ، تكوّن عدم توازن في القوى. تسبب هذا في دوران القطرات كعجلة ، بمساعدة نوع من تأثير “السقاطة” من منحدر هابط في نفس اتجاه السائل في القطرة. أطلق الفيزيائيون الفرنسيون على اكتشافهم اسم “عجلة لايدنفروست”.

في عام 2019 ، اللجنة الدولية للعلماء حددت أخيرا المصدر أعلن Leidenfrost عن صوت التكسير المصاحب. العلماء وجدته يعتمد ذلك على حجم القطرة. سوف تتبخر القطيرات الصغيرة من السطح ، بينما تنفجر القطرات الكبيرة مع هذا الصدع. الجاني هو ملوثات الجسيمات الموجودة في أي سائل تقريبًا. تبدأ القطرات الأكبر بتركيز أعلى من الملوثات ، ويزداد هذا التركيز مع تقلص القطرات. ينتهي بهم الأمر بتركيز عالٍ ، وتشكل الجسيمات ببطء نوعًا من القشرة حول القطرة. تتداخل هذه القشرة مع وسادة البخار التي تحمل القطرة أعلاه ، وتنفجر عندما تصطدم بالسطح.

في العام الماضي ، حدد علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا سبب ترسب القطرات على سطح الزيت الساخن أسرع 100 مرة من المعدن العاري. في ظل الظروف المناسبة ، تشكلت طبقة رقيقة على السطح الخارجي لكل قطرة. مع ارتفاع درجة حرارة القطرة ، بدأت فقاعات صغيرة من بخار الماء تتشكل بين القطرة والزيت ، ثم تحركت بعد ذلك. عادة ما تتشكل الفقاعات المجاورة بالقرب من نفس المواقع ، وتشكل مسار بخار واحد ، والذي يسمح للقطرة بالضغط في الاتجاه المطلوب.

ولكن هل يمكن تحقيق تأثير Lightenfrost بالجليد؟ هذا ما اكتشفه فريق Virginia Tech. “هناك الكثير من الوثائق حول التفريغ السائل. أردنا طرح أسئلة حول تفريغ الجليد.” قال المؤلف المشارك جوناثان بوريكو. “لقد بدأ كمشروع مثير للاهتمام. وكان السؤال الذي أثار بحثنا هو ما إذا كان يمكن تحقيق تأثير LightFrost ثلاثي المراحل باستخدام المواد الصلبة والسوائل والأبخرة أم لا.