Kilka fajnych demonstracji naukowych z efektem Leidenfrost do wypróbowania

Efekt Leidenfrost nazwano na cześć Johanna Gottloba Leidenfrosta, który opisał to zjawisko w Traktat o niektórych cechach wspólnej wody z 1796 r.

W efekcie Leidenfrosta ciecz znajdująca się w pobliżu powierzchni jest znacznie gorętsza niż temperatura wrzenia cieczy punkt wytworzy warstwę pary, która izoluje ciecz i fizycznie oddziela ją od cieczy powierzchnia.

Zasadniczo, mimo że powierzchnia jest znacznie gorętsza niż temperatura wrzenia cieczy, to odparowuje wolniej niż gdyby powierzchnia znajdowała się w pobliżu punktu wrzenia. Para między cieczą a powierzchnią zapobiega ich bezpośredniemu kontaktowi.

Nie jest łatwo określić dokładną temperaturę, w której zaczyna działać efekt Leidenfrosta - punkt Leidenfrost. Jeśli umieścisz kroplę płynu na powierzchni, która jest chłodniejsza niż temperatura wrzenia cieczy, kropla spłaszczy się i rozgrzeje. W punkcie wrzenia kropla może syczeć, ale będzie osadzać się na powierzchni i gotować w parę.

W pewnym punkcie wyższym niż temperatura wrzenia krawędź kropli cieczy natychmiast odparowuje, amortyzując resztki cieczy przed kontaktem. Temperatura zależy od wielu czynników, w tym ciśnienie atmosferyczne, objętość kropli i właściwości powierzchniowe cieczy.

Punkt Leidenfrost dla wody jest około dwa razy większy niż punkt wrzenia, ale informacji tych nie można wykorzystać do przewidzenia punktu Leidenfrost dla innych cieczy. Jeśli przeprowadzasz demonstrację efektu Leidenfrost, najlepszym rozwiązaniem będzie użycie powierzchni, która jest wiele wyższa niż temperatura wrzenia cieczy, więc będziesz mieć pewność, że jest wystarczająco gorąca.

Istnieje kilka sposobów wykazania efektu Leidenfrosta. Najczęstsze są pokazy z użyciem wody, ciekłego azotu i stopionego ołowiu.

Najprostszym sposobem wykazania efektu Leidenfrost jest zraszanie kropel wody na gorącej patelni lub palniku. W tym przypadku efekt Leidenfrost ma praktyczne zastosowanie. Możesz go użyć, aby sprawdzić, czy patelnia jest wystarczająco gorąca, aby mogła być używana do gotowania, nie ryzykując przepisu na zbyt chłodnej patelni!

Wystarczy podgrzać patelnię lub palnik, zanurzyć rękę w wodzie i posypać patelnię kroplami wody. Jeśli patelnia jest wystarczająco gorąca, krople wody odejdą od punktu kontaktu. Jeśli kontrolujesz temperaturę patelni, możesz użyć tej demonstracji do zilustrowania punktu Leidenfrost.

Krople wody spłaszczą się na chłodnej patelni. Spłaszczą się w pobliżu temperatury wrzenia w temperaturze 100 ° C lub 212 ° F i wrzą. Kropelki będą się zachowywać w ten sposób, dopóki nie dotrzesz do punktu Leidenfrost. W tej i wyższych temperaturach można zaobserwować efekt Leidenfrosta.

Najłatwiejszy i najbezpieczniejszy sposób wykazania efektu Leidenfrost ciekły azot polega na rozlaniu niewielkiej jego ilości na powierzchnię, na przykład podłogę. Każda powierzchnia o temperaturze pokojowej znajduje się znacznie powyżej punktu Leidenfrosta dla azotu, który ma temperaturę wrzenia -195,79 ° C lub -320,33 ° F. Kropelki azotu ślizgają się po powierzchni, podobnie jak krople wody na gorącej patelni.

Odmianą tej demonstracji jest wyrzucenie w powietrze kubka ciekłego azotu. Można to zrobić na widowni, chociaż ogólnie uważa się za niemądre przeprowadzenie tej demonstracji dla dzieci, ponieważ młodzi śledczy mogą chcieć eskalować demonstrację. Filiżanka ciekłego azotu w powietrzu jest w porządku, ale kubeczek lub większa objętość rzucona bezpośrednio na inną osobę może spowodować poważne oparzenia lub inne obrażenia.

Bardziej ryzykowną demonstracją jest umieszczenie niewielkiej ilości ciekłego azotu w ustach i wydmuchiwanie zaciągnięć pary ciekłego azotu. Nie widać tutaj efektu Leidenfrost - chroni on tkanki w jamie ustnej przed uszkodzeniem. Ta demonstracja może być przeprowadzona bezpiecznie, ale istnieje element ryzyka, ponieważ spożycie ciekłego azotu może okazać się śmiertelne.

Azot nie jest toksyczny, ale jego odparowanie wytwarza gigantyczny pęcherzyk gazu, zdolny do rozerwania tkanki. Uszkodzenie tkanek na skutek zimna może wynikać z połknięcia dużej ilości ciekłego azotu, ale pierwotne ryzyko wiąże się z ciśnieniem parowania azotu.

Dzieci nie powinny wykonywać żadnej demonstracji ciekłego azotu efektu Leidenfrosta. Są to pokazy tylko dla dorosłych. Usta ciekłego azotu są odradzane każdemu, ze względu na możliwość wypadku. Jednak możesz to zrobić i możesz to zrobić bezpiecznie i bez szkody.

Umieszczenie ręki w stopionym ołowiu jest demonstracją efektu Leidenfrost. Oto jak to zrobić i nie poparzyć się!

Konfiguracja jest dość prosta. Demonstrujący moczy rękę wodą i zanurza ją w stopionym ołowiu i natychmiast z niego wychodzi.

Temperatura topnienia ołowiu wynosi 327,46 ° C lub 621,43 ° F. Jest to znacznie powyżej punktu Leidenfrost dla wody, ale nie jest tak gorące, że bardzo krótkie izolowane narażenie spali tkanki. Idealnie jest to porównywalne do wyjmowania patelni z bardzo gorącego piekarnika za pomocą gorącej podkładki.

Ta demonstracja nie powinna być wykonywana przez dzieci. Ważne jest, aby ołów był tuż powyżej temperatury topnienia. Pamiętaj także ołów jest toksyczny. Nie topić ołowiu za pomocą naczyń kuchennych. Po wykonaniu tej demonstracji dokładnie umyj ręce. Każda skóra nie chroniona przez wodę zostanie spalony.

Osobiście polecam zanurzenie jednego zwilżonego palca w smyczy, a nie całej dłoni, aby zminimalizować ryzyko. Ta demonstracja może być przeprowadzona bezpiecznie, ale pociąga za sobą ryzyko i prawdopodobnie należy jej całkowicie unikać. W odcinku „Mini Myth Mayhem” z 2009 roku serialu MythBusters całkiem ładnie pokazano ten efekt i należałoby go pokazać studentom.