الدراسة: يحدث تأثير لايدنفروست في جميع مراحل الماء الثلاثة: الصلبة والسائلة والبخارية

صب بضع قطرات من الماء في مقلاة ساخنة للغاية وسوف تحلق في الهواء ، وتنزلق حول المقلاة مع هجر البرية. وجد الفيزيائيون في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا أن هذا يمكن تحقيقه أيضًا عن طريق وضع قرص رفيع ومسطح من الجليد على سطح من الألومنيوم ساخن ، وفقًا لـ ورقة جديدة نشرت في مجلة Physical Review Fluids. المصيد: هناك درجة حرارة حرجة أعلى بكثير يجب الوصول إليها قبل أن يرتفع قرص الجليد.

كما لدينا المذكور سابقا، في 1756 ، عالم ألماني اسمه يوهان جوتلوب ليدنفروست ذكرت رؤيته ظاهرة غير عادية. وأشار في العادة إلى أن الماء يتناثر على مقلاة ساخنة للغاية ويتبخر بسرعة كبيرة. ولكن إذا كانت درجة حرارة المقلاة أعلى بكثير من درجة غليان الماء ، فسوف تتشكل “قطرات لامعة تشبه الزئبق” وتنزلق عبر السطح. يطلق عليه “تأثير لايدنفروست “ ورنبنب.

على مدى الـ 250 عامًا التالية ، وجد الفيزيائيون تفسيرًا قابلاً للتطبيق لسبب حدوث ذلك. إذا كانت درجة حرارة السطح 400 درجة فهرنهايت على الأقل (أعلى بكثير من نقطة غليان الماء) ، فسوف تتكون تحتها وسائد من بخار الماء أو البخار ، مما يبقيها مرتفعة. يعمل تأثير Leidenfrost أيضًا مع السوائل الأخرى ، بما في ذلك الزيوت والكحول ، لكن درجة الحرارة التي يظهر بها ستكون مختلفة.

الظاهرة تواصل الانبهار علماء الفيزياء. على سبيل المثال ، في عام 2018 ، يكتشف الفيزيائيون الفرنسيون أن القطرات لا تتدحرج فقط على وسادة بخار ؛ طالما أنها ليست كبيرة جدًا ، فإنها تدفع نفسها أيضًا. هذا بسبب عدم التوازن في تدفق السوائل داخل قطرات لايدنفروست ، يتصرف مثل محرك داخلي صغير. أظهرت القطرات الكبيرة تدفقًا متوازنًا ، ولكن مع تبخر القطرات ، أصبحت أصغر (قطرها حوالي نصف ملليمتر) وأكثر كروية ، حدث خلل في القوى. أدى هذا إلى دوران القطرات كعجلة ، بمساعدة نوع من تأثير “تصعيد” الميل إلى الأسفل في نفس اتجاه تدفق السائل في القطرة. أطلق الفيزيائيون الفرنسيون على اكتشافهم اسم “عجلة لايدنفروست”.

في عام 2019 ، فريق دولي من العلماء حددت أخيرا المصدر من صوت التكسير المصاحب ، الذي تم الإبلاغ عنه بواسطة Leidenfrost. العلماء وجدت ذلك ذلك يعتمد على حجم القطرة. ستنزلق القطرات الأصغر عن السطح وتتبخر ، بينما تنفجر القطرات الأكبر مع هذا الكسر الواضح. الجاني هو ملوثات الجسيمات الموجودة في جميع السوائل تقريبًا. ستبدأ القطرات الأكبر بتركيز أعلى من الملوثات ، ويزداد هذا التركيز كلما صغر حجم القطرات. ينتهي بهم الأمر بتركيز عالٍ بحيث تشكل الجسيمات ببطء نوعًا من القشرة حول القطرة. تتداخل هذه القشرة مع وسادة البخار التي تحبس الانخفاض في الهواء وتنفجر عندما تصطدم بالسطح.

وفي العام الماضي ، حدد علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا سبب دفع القطرات عن سطح زيتي ساخن أسرع 100 مرة من المعدن المكشوف. في ظل الظروف المناسبة ، تشكلت طبقة رقيقة على السطح الخارجي لكل قطرة ، مثل الوشاح. مع ارتفاع درجة حرارة القطرة ، بدأت فقاعات صغيرة من بخار الماء تتشكل بين القطرة والزيت ثم ابتعدت. عادة ما تتشكل الفقاعات اللاحقة بالقرب من نفس النقاط ، مكونة مسار بخار واحد يعمل على دفع القطرة في الاتجاه المفضل.

ولكن هل يمكنك تحقيق تأثير Leidenfrost باستخدام الآيس كريم؟ هذا ما شرع فريق Virginia Tech في اكتشافه. “هناك العديد من المقالات حول ارتفاع السوائل لدرجة أننا أردنا طرح سؤال حول رفع الجليد” ، قال المؤلف المشارك جوناثان بوريكو. “لقد بدأ كمشروع فضول. كان الدافع وراء بحثنا هو السؤال عما إذا كان من الممكن الحصول على تأثير لايدنفروست ثلاثي الأطوار مع المادة الصلبة والسائلة والبخارية أم لا.