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落入滚烫的锅中,液滴的终究“命运”取决于它们的巨细
2019-05-28 22:50:17

只需你做过饭,就会有这样的经历。当把水不小心溅到炽热的锅里时,水珠先在锅“嗤”地一声后,就开端在锅里开端“随机地游走”,似乎不遭到阻力似的。

现在,关于这个奥秘声响的来历,根本没有研讨讨论。直到最近,一组来自我国、美国和欧洲的科学家团队对这一现象做了进一步的研讨。他们估测,声响来自于液滴中的杂质。

在1756年,德国科学家 Johann Gottlob Leidenfrost 就现已观察到这个现象,他发现假如铁锅的温度远远超越液体的欢腾温度,水滴接触到火热的铁锅后,会马上气化,所以在其底部构成了一层水蒸汽,使得水滴悬浮起来。这一现象也被以这位观察者的姓名来命名。

后续的研讨发现,不只是水,酒精、油滴等液体都会有 Leidenfrost 现象,还存在一个发生 Leidenfrost 液滴的阈值温度,其巨细会跟着不同的液体发生变化。

在通常情况下,液体的污染是不可避免的。前述研讨团队发现,较大的液滴其杂质的浓度也较高, 杂质粒子在液滴周围渐渐构成一种壳。这个外落入滚烫的锅中,液滴的终究“命运”取决于它们的巨细壳搅扰了水滴蒸汽垫的构成, 当它撞到基板外表时就会爆破。

经过操控酒精中的杂质物,研讨团队在试验中验证出,假如酒精液滴很纯,它不会爆裂;当它的杂质浓度到达必定程度,就有了这种爆裂现象。

所以,落入滚烫的锅中,液滴的终究“命运”取决于它们的巨细咱们能够知道,在厨房中,跟着水中杂质浓度的增加, 较大的水滴越容易发生这种爆裂现象。

Leidenfrost 现象具有很夺目的视觉效果。在 2009 年,美国的《谣言终结者》(Myth Busters)节目中,有人使用 Leidenfrost 现象,测验把手沾湿后放进烧熔的铅水里,效果毫发无损。

图| 在2009年的一集“谣言终结者”中,试验者把手沾湿后放进烧熔的铅水里,效果毫发无损。

一些物理学家对此也很入神。例如在 2018 年,一组法国物理学家研讨了 Leidenfrost 液滴的运动情况。研讨发现,只需液滴不太大,能够用重力或周围的气流,在这种在水平的基板上发生不对称,然后能够将液滴移动到清晰的方向。在没有任何不对称或外力来历的情况下, Leidenfrost 液滴开始停留在水平基板上,液滴在其翻滚的方向上自旋转和自推进。假如让基板歪斜,尽管液滴没有接触到基板,但其内部的快速活动依然使得其向低势能处移动, 然后构成了一种单向的、可人为操控的运动机制(类似于棘轮)。这项研讨的效果可应用于微电子制作的颗粒输送上。

在前述聚和适最新的研讨中,研讨团队更关怀液滴的终究演化进程,尤其是直径为毫米级的大液滴的“命运”与哪些因素有关。他们用高速摄像机和麦克风来监控单个酒精液滴的下降, 这些液滴会降到一个外表加热到超越 Leidenfrost 阈值的基板上。

他们观察到,较小液滴会在较高温(>260 oC)的基板上变小,最终彻底被蒸腾。关于落入滚烫的锅中,液滴的终究“命运”取决于它们的巨细大的液滴来说,其杂质的相应浓度,使得大的液滴或许蒸腾、消失,或许爆裂为小的液滴。

这项研讨可应用于液滴传输电子,能够经过调整液滴巨细和浓度来操控电子的传输和堆积。别的也可用于热量的敏捷分散, 其间杂质的增加会导致液滴的爆裂,这会导致热量的传输增强。

作者系重庆师范大学物理与电子工程学院副教授