Zjawisko Leidenfrosta

Demonstracja zjawiska Leidenfrosta

Zjawisko Leidenfrosta– zjawisko dotyczące opóźnionegoparowaniacieczy,opisane i wyjaśnione przez niemieckiegolekarza,fizykaichemikaJohanna Leidenfrostaw roku 1756.

Demonstracja zjawiska Leidenfrosta

Efekt przejawia się np. w tym, że kropla cieczy, upadając na rozgrzane podłoże, nie wyparowuje od razu. Zamiast tego zachowuje przez pewien czas kulisty kształt i wykonuje gwałtowne ruchy. W pewnym zakresie temperatur czas potrzebny na całkowite odparowanie kropli o zadanej (stałej)masieitemperaturzepoczątkowej jest tym większy, im wyższa jest temperatura gorącego podłoża. Jest to spowodowane różnicą pomiędzy szybkością transportu masy a szybkościąprzewodzenia ciepła:wywołanaparowaniemutrata wierzchnich warstw cieczy od spodu kropli następuje szybciej, niż przekaz ciepła do jej wnętrza. Ponadto wytworzona w ten sposóbparatworzy poduszkę izolującą kroplę od podłoża, jeszcze bardziej ograniczając dopływ ciepła. Braktarciai wyrzuty pary umożliwiają kropli gwałtowne ruchy.

Innym aspektem tego zjawiska jest to, że przy zanurzaniu w cieczy gorącegoobiektuo temperaturze znacznie przekraczającej jejtemperaturę wrzenia,początkowo obserwuje się gwałtownewrzenie,później chwilę ciszy i ostatnią gwałtowną falę wrzenia. Przykładem może być zanurzanie przedmiotu o temperaturze pokojowej wdewarzez ciekłymazotem.

Efekt jest wywołany tym, że na początkuprocesupowstaje warstwa pary cieczy otaczająca przedmiot. Kiedy różnica pomiędzy temperaturą powierzchni przedmiotu a cieczą zbliża się do punktu Leidenfrosta, warstwa pary staje się stabilna i w znacznym stopniu ogranicza przepływ ciepła – etap ten objawia się jako „cisza”. Ponowne gwałtowne wrzenie spowodowane jest przejściem poniżej punktu Leidenfrosta. Wtedy następuje przerwanie filmu parowego i dochodzi do bezpośredniego kontaktu cieczy z przedmiotem (a przez to zwiększenie przepływu ciepła od przedmiotu do cieczy) – rozpoczyna się wrzenie w fazie przejściowej, a następnie wrzenie bąbelkowe.

Efekt ten może być niebezpieczny, gdyż może doprowadzić do rozpryskiwania się cieczy. By tego uniknąć, należy elementy zanurzane w cieczy opuszczać powoli, tak by przedmiot ochładzał się poniżej temperatury Leidenfrosta fragmentami.

Zjawisko to obserwuje się również dla innych cieczy, na przykład ciekłegotlenukapiącego na stół o temperaturze pokojowej.

Bibliografia

• SzczepanSzczeniowski:Fizyka doświadczalna.Wyd. I. Cz. II: Ciepło i fizyka molekularna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1953.Brak numerów stron w książce