Naukowcy odkryli nowy sposób na lewitację wody
Okazuje się, że efekt tzw. „lewitującej wody” znajduje swoje zastosowanie m.in. w reakcjach związanych z przenoszeniem ciepła, takich jak chłodzenie maszyn przemysłowych czy wieże chłodnicze dla elektrowni jądrowych.
Jeżeli spadnie wiele kropelek wody na bardzo gorącą patelnię, to można zauważyć, jak one skaczą nad jej powierzchnią. Jeżeli bowiem powierzchnia jest wystarczająco gorąca, ciepło odparuje najbliższą jej stronę kropelki, tworząc poduszkę gazową, na której unosi się reszta kropelki. Jest to efekt Leidenfrosta od nazwiska niemieckiego lekarza Johanna Gottloba Leidenfrosta, który udokumentował to zjawisko w XVIII wieku.
Zespół naukowców opracował sposób na obniżenie temperatury, w której zachodzi ten proces. Powierzchnia o mikroskopijnej teksturze skuteczniej przenosi ciepło do kropelek, co ma konsekwencje dla zastosowań związanych z przenoszeniem ciepła, takich jak chłodzenie maszyn przemysłowych i wieże chłodnicze dla elektrowni jądrowych.
Myśleliśmy, że mikrofilary zmienią zachowanie tego dobrze znanego zjawiska, ale nasze wyniki przerosły nawet naszą wyobraźnię. Obserwowane interakcje pęcherzyków i kropelek są wielkim odkryciem w zakresie przenoszenia ciepła wrzenia – powiedział inżynier mechanik Jingtao Cheng z Virginia Polytechnic Institute i State University.
Powierzchnia opracowana przez Chenga i jego współpracowników składa się z setek maleńkich słupków o wysokości około 0,08 milimetra, czyli o szerokości ludzkiego włosa. Są one ułożone w siatkę oddzieloną odległością około 0,12 milimetra. Kropla wody po umieszczeniu na powierzchni pokrywa około 100 filarów.
Gdy woda osiada na powierzchni, filary wciskają się w kroplę wody, przekazując więcej ciepła do wnętrza i umożliwiając szybsze zagotowanie wody. Oznacza to, że efekt Leidenfrosta można zaobserwować w ciągu milisekund i przy znacznie niższych temperaturach niż w przypadku płaskiej powierzchni, takiej jak płyta grzejna lub patelnia.
W rzeczywistości zespołowi udało się wywołać lewitację Leidenfrosta w temperaturze 130 stopni Celsjusza, znacznie niższej niż 230 stopni Celsjusza, które oszacowali jako typowe dla efektu w tych warunkach.
Względy bezpieczeństwa
Obecnie woda jest doskonałym medium do chłodzenia. Woda wrze i paruje w temperaturze około 100 stopni Celsjusza (różni się ona nieco w zależności od wysokości). Woda w stanie ciekłym nie może być gorętsza niż ta temperatura wrzenia, ponieważ zamienia się w parę.
Dlatego powierzchnia mikrofilarów zapewnia skuteczniejszy mechanizm wymiany ciepła, który może być o wiele bezpieczniejszy niż obecnie stosowane technologie chłodzenia wodą, twierdzą naukowcy, pomagając zapobiegać niebezpiecznym wypadkom, takim jak eksplozje oparów.
Wyniki badań zespołu opublikowano w czasopiśmie Nature Physics .
Źródło: sciencealert.com
Czytaj też: Virgin Galactic. Ostatni lot kosmicznego samolotu
Grafika tytułowa: ANIRUDH / Unsplash
