maio 26, 2022

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Estudo: O efeito Leidenfrost ocorre nas três fases da água: sólido, líquido e vapor

Vídeo em câmera lenta de fervura no gelo, um projeto de pesquisa do Laboratório de Fluidos e Interfaces Inspirados na Natureza da Virginia Tech.

Polvilhe algumas gotas de água em uma panela bem quente e ela voará no ar, deslizando pela panela com um abandono selvagem. Físicos da Virginia Tech descobriram que isso também pode ser feito colocando um disco fino e plano de gelo em uma superfície de alumínio aquecida. novo papel Publicado na revista Physical Review Fluids. O problema: há uma temperatura crítica muito mais alta a ser alcançada antes que o disco de gelo possa subir.

como nós somos mencionei anteriormente, em 1756, um cientista alemão chamado Johann Gottlob Leidenfrost mencionado notando isso para o fenômeno incomum. Ele observou que a água geralmente espirra em uma panela muito quente e evapora muito rapidamente. Mas se a temperatura da panela estiver bem acima do ponto de ebulição da água, “gotículas brilhantes semelhantes a mercúrio” se formarão e voarão pela superfície. chamado “Efeito Leidenfrost em homenagem a ele.

Nos próximos 250 anos, os físicos apresentaram uma explicação viável para o porquê disso ter acontecido. Se a superfície estiver pelo menos 400 graus Fahrenheit (bem acima do ponto de ebulição da água), almofadas de vapor de água ou vapor se formam embaixo, mantendo-o elevado. O efeito Leidenfrost também funciona com outros líquidos, incluindo óleos e álcool, mas a temperatura em que aparece será diferente.

fenômeno ainda hipnotizante Físicos. Por exemplo, em 2018, Descoberto por físicos franceses Que as gotas não apenas escorrem sobre uma almofada de vapor; Desde que não seja muito grande, ele também se empurra. Isto é devido a um desequilíbrio do fluxo de fluido dentro das gotículas Leidenfrost, agir como Unidade interna pequena. As gotas grandes apresentaram um fluxo equilibrado, mas à medida que as gotas evaporaram, tornando-se menores (cerca de meio milímetro de diâmetro) e mais esféricas, ocorreu um desequilíbrio de forças. Isso fez com que as gotas girassem como uma roda, auxiliadas por uma espécie de efeito “catraca” de inclinação para baixo na mesma direção do fluido que flui na gota. Os físicos franceses chamaram sua descoberta de “roda Leidenfrost”.

Em 2019, uma equipe internacional de cientistas Eu finalmente determinei a fonte A partir do som de estalo relatado pelo Leidenfrost. Cientistas encontrei Depende do tamanho da gota. Gotas menores deslizarão da superfície e evaporarão, enquanto gotas maiores explodirão com essa aparente fratura. O culpado são os contaminantes de partículas encontrados em quase qualquer líquido. Gotas maiores começarão com uma concentração mais alta de contaminantes, e essa concentração aumenta à medida que as gotas encolhem. Eles acabam em uma concentração tão alta que as partículas lentamente formam uma espécie de crosta ao redor da gota. Este projétil interfere com a almofada de vapor que mantém a gota alta e explode quando atinge a superfície.

E no ano passado, os cientistas do MIT determinaram por que as gotículas são lançadas em uma superfície oleosa e quente 100 vezes mais rápido que o metal exposto. Sob as condições certas, uma película fina se formava fora de cada gota, como um manto. À medida que a gota se tornava mais quente, pequenas bolhas de vapor de água começaram a se formar entre a gota e o óleo, e então se afastaram. Bolhas subsequentes normalmente se formavam perto dos mesmos pontos, formando um único caminho de vapor que impulsionaria a gota na direção preferida.

Mas você pode obter o efeito Leidenfrost com gelo? Foi isso que a equipe da Virginia Tech se propôs a descobrir. “Há muito papel sobre o levantamento de líquidos, queríamos fazer uma pergunta sobre o levantamento de gelo”, O co-autor Jonathan Borico disse:. “Começou como um projeto de curiosidade. Nossa pesquisa foi motivada pela questão de saber se é possível ou não obter um efeito Leidenfrost trifásico com sólido, líquido e vapor.”

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