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研究:ライデンフロスト効果は、水の3つの相、つまり固体、液体、蒸気で発生します。

バージニア工科大学の自然に触発された流体とインターフェースの研究所の研究プロジェクトである氷沸騰のスローモーションビデオ。

非常に熱い鍋に数滴の水を振りかけると、それは空中に舞い上がり、野生の放棄で鍋の周りを滑ります。 バージニア工科大学の物理学者は、これは、加熱されたアルミニウム表面に薄くて平らな氷の円盤を置くことによっても達成できることを発見しました。 新しい紙 ジャーナルPhysicalReviewFluidsに掲載されました。 問題:アイスディスクが上昇する前に達成されるべきはるかに高い臨界温度があります。

私たちのように さっきも言った、1756年、ドイツの科学者 ヨハン・ゴットロブ・ライデンフロスト 言及された それに気づく 異常な現象のために。 彼は、水は通常、非常に熱い鍋に飛び散り、非常に速く蒸発することを指摘しました。 しかし、鍋の温度が水の沸点をはるかに超えると、「光沢のある水銀のような液滴」が形成され、表面を横切って飛んでいきます。 「ライデンフロスト効果 彼に敬意を表して。

次の250年間で、物理学者はこれが起こった理由について実行可能な説明を思いついた。 表面が華氏400度以上(水の沸点よりかなり高い)の場合、水蒸気または蒸気のクッションが下に形成され、上昇したままになります。 ライデンフロスト効果は、オイルやアルコールなどの他の液体でも機能しますが、現れる温度は異なります。

現象 まだ魅惑的 物理学者。 たとえば、2018年には フランスの物理学者によって発見されました 滴が蒸気の枕の上を走るだけではないこと。 それが大きすぎない限り、それはまたそれ自身を押します。 これは、ライデンフロスト液滴内の流体の流れの不均衡によるものです。 のように振る舞う 小さな内蔵ドライブ。 大きな液滴はバランスの取れた流れを示しましたが、液滴が蒸発し、小さくなり(直径約0.5ミリメートル)、球形になると、力の不均衡が発生しました。 これにより、液滴は、液滴を流れる流体と同じ方向に下向きに傾斜する一種の「ラチェット」効果によって、ホイールのように回転しました。 フランスの物理学者は彼らの発見を「ライデンフロストホイール」と呼んだ。

2019年、科学者の国際チーム 私は最終的にソースを決定しました ライデンフロストによって報告された付随するクラッキング音から。 科学者 それを見つけた ドロップのサイズによって異なります。 小さな液滴は表面から滑り落ちて蒸発しますが、大きな液滴はこの明らかな破壊で爆発します。 原因は、ほとんどすべての液体に見られる粒子汚染物質です。 より大きな液滴は、より高い濃度の汚染物質から始まり、この濃度は、液滴が収縮するにつれて増加します。 それらは非常に高濃度になり、粒子が液滴の周りに一種のクラストをゆっくりと形成します。 この発射体は、液滴を高く保持する蒸気クッションと干渉し、表面に当たると爆発します。

そして昨年、MITの科学者たちは、液滴が露出した金属よりも100倍速く高温の油性表面を横切って推進される理由を特定しました。 適切な条件下で、マントルのように、各液滴の外側に薄膜が形成されました。 液滴が熱くなると、液滴と油の間に水蒸気の小さな泡が形成され始め、その後移動しました。 後続の気泡は通常、同じスポットの近くに形成され、液滴を優先方向に推進する単一の蒸気経路を形成します。

しかし、氷でライデンフロスト効果を達成できますか? それがバージニア工科大学のチームが発見しようとしたものです。 「リキッドリフティングの周りにはたくさんの紙があります。氷をリフティングすることについて質問したかったのです」 共著者のジョナサン・ボリコは次のように述べています。。 「それは好奇心のプロジェクトとして始まりました。私たちの研究は、固体、液体、蒸気の3相ライデンフロスト効果を得ることができるかどうかという質問に動機付けられました。」

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