Ако поставите лед върху гореща метална повърхност, той ще се разтопи за отрицателно време. Учени обаче откриват, че преди да изчезне, ледът предизвиква някои доста неочаквани неща на границата, където горещото и студеното се срещат. Това откритие би могло да доведе до по-доброто каляване на метали и дори да предотврати потенциални ядрени инциденти.
Ако поръсим капчици вода върху обект, който е доста над точката на кипене на водата, те ще се изпарят. Преди това обаче ще „потанцуват“ върху повърхността му (без да има почти никакво триене). Това е т.нар. ефект на Лайденфрост, известен още от 1751 г. Той се наблюдава при най-различни обстоятелства, включително когато течен азот попадне върху повърхност със стайна температура или когато нестинарите ходят боси върху огъня, без да се наранят.
Д-р Джонатан Броиеко от Политехнически институт на Вирджиния и Даниел Кусумано решават да проучат до какви предели достига ефектът на Лайденфрост. Например какво ще стане, ако заменим течната вода със солидни блокове лед. В научното издание Physical Review Fluids те пишат, че техните открития са и полезни, и изненадващи.
Когато водата, влязла в контакт с гореща повърхност започне да кипи, се създава ефектът на Лайденфрост. Изпаренията остават в капан под останалата част от капчицата и по този начин на практика я изолират, тъй като газът е далеч по-лош проводник на топлина, отколкото течността. Вследствие на това когато ефектът влезе в сила, водните капчици издържат по-дълго върху гореща метална повърхност в сравнение с такава, чиято температура е малко над 100 градуса по Целзий.
При класическия ефект на Лайденфрост изпарението е пленено под извитата капчица, което кара течността да левитира. Източник: Vystrix Nexoth, Wikipedia, CC BY-SA 3.0.
„Пълно е с научни трудове за левитираща течност, ние искахме да проверим как стои въпросът с левитиращ лед – казва Борейко. – Всичко започна като един любопитен проект. Това, което стимулира нашето изследване, бе дали не може да съществува 3-фазов ефект на Лайденфрост – с твърд обект, течност и изпарение.“
Кусумано заснема с камери на забавен каданс разтапянето на ледено кубче, поставено върху алуминиева повърхност, нагрята до 150 градуса по Целзий. Оказва се, че ледът не левитира. Вместо това докато се разтапя, водата кипва бързо.
Когато обаче Кусумано увеличава постепенно температурата, той открива, че ефектът на Лайденфрост се случва дори при леда. Просто градусите трябва да са по-високи. В случая с алуминиевата повърхност – около 550 градуса по Целзий, макар че той смята, че тази стойност ще варира леко в зависимост от използвания метал.
Най-вероятно тази неочаквана находка е вследствие на начина, по който топлината се пренася в разтапящия се пласт. Там, където водата докосва горещата повърхност, нейната температура е 100 градуса по Целзий – всичко по-горещо кипва – но при контакта си с леда вероятно е близо до 0 градуса по целзий.
Миниатюрните количества изпарения не могат да образуват предпазващ пласт. Ироничното в случая е, че тъй като първоначалното кипене е забавено, ледът се топи по-бързо, а това в края на краищата ускорява кипенето.
Само когато температурите са екстремни, топлината навлиза във водата достатъчно бързо, че да я накара да кипне, без да се пренесе нагоре.
Откритията могат да имат практична стойност – така например ефектът на Лайденфрост обикновено пречи при охлаждането на ядрени реактори (например при бедствия като това във Фукушима). Охладители под формата на лед обаче вероятно не биха имали този проблем.
