莱顿弗罗斯特现象Leidenfrost

文章来源:晶状体溶解性青光眼   发布时间:2017-2-24 12:31:16   点击数:
 

莱顿弗罗斯特现象(LeidenfrostPhenomenon):

液体不会润湿炙热的表面,而仅仅在其上形成一个蒸汽层的现象,由科学家莱顿弗罗斯特在年发现。

年有一位名叫莱顿弗洛斯特的科学家在一把烧的通红的铁勺上滴上一滴水珠,水珠竟然悬浮起来并持续30秒,莱顿弗罗斯特效应水滴能够悬浮起来的原因在于,接触炙热的铁勺后,水滴底部立即形成一层水蒸汽,把水珠与铁勺隔开,就使得水滴悬浮起来,悬浮起来的水滴暂时不能吸收更多的热量,减慢了汽化速度,因此悬浮可以持续30秒,这就是莱顿弗罗斯特效应。

此现象说明当液体遭遇极度炙热时就将化作一层绝缘的气态防护层。当你用湿手指掐灭蜡烛时正是依靠着这层蒸汽层的保护。只要有充分的条件,人人都可做到这点(就如同有了防火墙一般)。

2现象

把水滴落在滚烫的铁板上,假若铁板的温度仅高于水的沸点(°C),水会发出嘶嘶声并迅速沸腾。但当铁板到达莱顿弗罗斯特点(Leidenfrostpoint)时,水便会产生莱顿弗罗斯特现象。水珠会在铁板四处滚动,并缓慢地逐渐蒸发,反而令水珠可以存在更久。

在莱顿弗罗斯特现象下,水珠中跟铁板接触的部分会迅速沸腾形成水蒸气,与此同时水珠尚保持液体的状态,由于水蒸气的传热比液体水慢得多,蒸气层阻隔水直接接触滚烫铁板并大大降低水滴沸腾的速度。

水的莱顿弗罗斯特点会随着水中含有的杂质、滚烫物件的材质、水的温度(由于姆潘巴现象,冷水可能比热水更易蒸发)等而改变,粗略量度下水在平底锅的莱顿弗罗斯特点为约°C。

厨师在预热锅子时,只要落下几滴水看会否形成水珠,便可得知锅子是否够热。在传统的过火仪式,参加者会先沾湿双脚,由于莱顿弗罗斯特现象令水不会快速升温,使得热不容易传到人们的脚,即使人们走在火堆之上,只要不长时间接触炭火,也不易被烧得火红的炭火烫伤。另外,依照莱顿弗罗斯特现象的原理,液态氮会在手上迅速沸腾并形成隔热层,防止手冻伤,因此便可徒手触摸液态氮。《流言终结者》(MythBusters)亦曾在节目中利用莱顿弗罗斯特现象,尝试把手沾湿后放进烧熔的铅里。

3理论莱顿弗罗斯特点标示出了进行稳定之薄膜沸腾(filmboiling,参见boiling)所需之最低温度,指的是在沸腾曲线上热流(heatflux)达最低之一点,同时,液体与热烫表面之接触面完全为蒸气层(vaporblanket)所覆盖,而此时从热烫表面向液体所进行之热传导是透过此蒸气层以传导(conduction)及辐射(radiation)的方式完成。

年,莱顿弗罗斯特观察到,当热烫表面上的小水滴四处跳动时,水滴的蒸发速度缓慢。随着表面温度再度提高,热辐射的效应会变得比热传导更为显著,因此这时再提高温度,热流会上升。一水平表面之热流最低点可由Zubersequation推导而来

其数值是由饱和温度所决定。其中C为Zuber常数,于适当的压力之下大部分的液体C值约为0.09。









































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