물방울은 'leidenfrost 효과'로 인해 뜨거운 팬의 표면 주위에서 춤을 추는 것 같습니다. 이 효과는 액체와 표면 사이에 증기 쿠션이 형성되어 액적을 매우 잘 유지합니다.
무언가를 요리 할 때 요리 팬이 시작하기에 충분히 뜨거워 지는지 어떻게 알 수 있습니까? 이것을 확인하는 한 가지 어리석은 방법은 팬에 물방울을 뿌려서입니다. 물방울이 즉시 수증기로 튀어 나오면 팬이 뜨겁다는 것을 의미합니다. 그러나 충분히 뜨겁지는 않습니다. 대신, 물방울이 증발하기 전에 잠시 동안 팬 주위에 띄우고 확대되면, 팬은 초고속이며 일부 하드 코어 요리 실험에 대한 준비가되어 있음을 의미합니다.
이 간단한 속임수는 우리 가정에서 오랫동안 실습을했지만, 그것에 관한 것이 옳지 않은 것 같습니다. 우리는 물이 약 100oC에서 증발한다는 것을 알고 있습니다. 논리적으로 더 높은 온도에서 증발은 더 빨리 발생할 것입니다. 그것이 사실이라면, 액체 물이 끓는점보다 훨씬 더 뜨거워지는 이유는 무엇입니까?
뜨거운 표면의 물은 어떻게 되는가?
물의 끓는점은 해수면에서 약 100oC이지만 왜이 특정 온도에서 물이 끓는가? 온도는 간단히 말해서 측정 된 입자의 운동 에너지의 척도입니다. 이는 더 높은 온도에서 입자의 운동 에너지가 더 높다는 것을 의미합니다. 결과적으로, 그들은 더욱 활발하게 움직이고, 채권을 더 쉽게 분리하며, 점차 증기 상태로 확장됩니다. 이것이 끓는점 주위에 몸과 접촉 할 때 물을 기화시키는 이유입니다.
온도가 끓는점보다 약간 낮은 표면에 액체 물 한 방울을 놓으면 방울이 평평 해지고 천천히 가열됩니다. 그러나 표면이 끓는점 주위에있는 경우, 우리는 하느님의 소리와 함께 드롭이 거의 즉시 증발 함을 관찰합니다.
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뜨거운 표면에 끓는 물 (사진 크레디트 :Chaoss/Shutterstock)
이제 표면이 way 일 때 어떻게 되는가 물의 끓는점보다 더 뜨겁습니까? 즉시 기화됩니까? 글쎄, 그렇습니다. 아니오.
액체의 끓는점보다 훨씬 높은 온도에서 흥미로운 일이 발생합니다.
표면이 정말 뜨겁기 때문에 물방울의 바닥이 뜨거운 표면에 닿는 순간, 기화됩니다. 이 순간 기화는 증기의 쿠션을 만듭니다 액체 물과 가열 된 표면 사이. 이 과정을 '필름 비등'라고합니다 leidenfrost 효과 로 알려진‘댄스 워터 효과’의 원인입니다. .
leidenfrost 효과
이 효과는 액체가 액체의 끓는점보다 훨씬 높은 온도에있는 표면과 접촉 할 때 발생합니다.
매우 뜨거운 표면의 물방울은 leidenfrost 효과를 보여줍니다. (사진 크레딧 :Cryonic07/Wikimedia Commons)
Leydenfrost 효과는 1750 년대 독일 신학자 Johann Gottlob Leidenfrost에 의해 처음으로 공통의 물질에 대한 통로에 대해 설명했습니다. 그는 매혹적인 무언가를 발견했을 때 물방울을 붉은 색 철 스푼에 넣음으로써 실험을 수행하고있었습니다. 즉시 끓는 대신 방울이 숟가락에 지속되는 것처럼 보였습니다. 실제로, 물방울이 붉은 색 표면에서 열을 흡수하는 것처럼 보였습니다.
leidenfrost 효과의 원인은 무엇입니까?
필름 끓는 동안 생성 된 증기 쿠션은 Leyenfrost 효과를 담당하는 것입니다.
첫째, , 기체 장벽은 열 절연체로서 작용한다 . 수증기의 열 전도도는 액체 물보다 거의 20 배 적다. 따라서, 증기 쿠션은 표면에서 액체 층으로의 열의 추가 전달을 방지한다. 그렇기 때문에 물방울이 그러한 높은 온도에서도 액체로 유지되지만 결국 하위 층은 플래시 증발로 점차 사라집니다.
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Leidenfrost 효과 (사진 크레디트 :Vystrix Nexoth/Wikimedia Commons)
형성된 증기 쿠션은 중앙에서 약 0.2mm, 가장자리에서 0.1mm의 두께가 있습니다. 정말 얇아도 이 층은 액체 드롭을 알 로프트로 유지하는 상향 압력을 가해 . 우리가 그것을 볼 때, 그것은 마치 물방울이 뜨거운 표면 위로 마술처럼 공중을 공급하는 것처럼 보입니다.
또한, 증기 층은 또한 교란에 민감하다. 물방울이 가스 쿠션 위로 쉽게 떠오르 기 때문에 마찰이 급격히 줄어 듭니다 . 따라서, 작은 능선이나 약간의 기울기는 표면을 가로 질러 방울을 확대 할 수 있습니다. 이제 당신은 왜 표면 주위에 무작위로 삐걱 거리는 것처럼 보이는지 알 수 있습니다.
액체에 대해 leidenfrost 효과가 발생하는 온도를 leidenfrost point 라고합니다. . 이 지점은 유체의 특성과 표면의 성질에 따라 유체에서 유체마다 다를 수 있습니다. 액체 물의 경우, leidenfrost 효과는 약 170oc에서 220oc까지 발생할 수 있습니다.
다른 액체 가이 효과를 보여 주나요?
leidenfrost 효과는 온도가 끓는점보다 높은 표면 위에 쏟아지는 액체에서 발생할 수 있습니다. 사실,이 놀라운 효과를 사용하는 흥미로운 과학 실험이 있습니다.
용융 리드 실험
사람들이 손을 녹인 리드로 담그고 한 번도 화상을 입지 않고 꺼내는 것을 본 적이 있습니까? 이것의 비밀은 leidenfrost 효과입니다.
녹은 납의 온도는 300-400oC에서 다양하며, 이는 물의 끓는점보다 높습니다. 사람들은 손을 납으로 묶기 전에 먼저 액체 물에 담그면서 손을 적시는 것입니다. 또한,이 손이 녹은 납에 담그면 손에있는 물은 손 위로 절연 장갑 역할을하는 증기 층을 형성하여 화상을 입지 않도록합니다. 그러나이 실험은 손이 너무 오랫동안 녹은 리드에 남겨두면 매우 위험해질 수 있습니다.
액체 질소
액체 질소는 leidenfrost 효과를 쉽게 보여주는 또 다른 액체입니다. 실온에서 표면 위로 떨어지거나 공기로 쏟아 질 때 액체 질소는 유리 구슬처럼 표면 전체에 미끄러 져 들어간 것처럼 보입니다. 이것은 leidenfrost 효과의 완벽한 데모입니다. 액체 질소의 끓는점은 약 -196oC입니다. 따라서 정상적인 실내 온도 (20oC)는 질소의 끓는점보다 높기 때문에 액체 질소는 정상 온도에서 필름 끓는 경험입니다.
액체 질소에 의해 나타난 leidenfrost 효과 (사진 크레디트 :요금 /셔터 스톡)
