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莱顿弗罗斯特效应的现象
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(100°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(Leidenfrost point)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、水的温度等而改变,粗略量度下水在平底锅的莱顿弗罗斯特点为约193°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。[2]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。[3][4]《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。[5]
大家知道莱顿弗罗斯特效应的本质是什么吗
莱顿弗罗斯特效应是排出钢水,赤脚走在炭火上,莱顿弗罗斯特效应有多神奇?一般来说,人的手在接触60摄氏度以上的物体时会感到明显的疼痛。如果温度超过80摄氏度,他们会被立即烫伤。但如果用水沾湿双手,可以在几千度的高温下拍打钢水,丝毫无损。
一、其实这并不是魔法,而主要是由于莱顿弗罗斯特效应和液体不会变湿的事实。一个热的表面,但只有一个蒸汽层形成在它上面,就像一个防火墙。简单理解就是当液体接触到温度高于其莱顿弗洛雷斯特性的热表面时,会形成一层绝缘气体材料保护层。举个最简单的例子,当一滴水滴在温度100摄氏度左右的热铁板上,几乎瞬间就会沸腾蒸发,然后消失。将鸡蛋放入锅中,用不粘锅翻炒。迅速将手放入液氮中,然后抽离,不要冻伤。液体火箭发动机在极端高温气体中长时间工作也不会烧坏。这三件看似毫不相关的事情,背后却有着相同的科学原理。这就是莱顿弗罗斯特效应。让我揭开它的神秘面纱。
二、但如果继续加热铁板使其温度升高到水的莱顿弗洛雷斯特性,即193摄氏度以上,为了上市,水滴可以在铁板上滚动30秒以上,然后慢慢蒸发越来越小,直至消失。在这个例子中,水滴的接触温度极高,会在一瞬间在水滴和铁板之间形成一个气化层,然后水滴会被拖拽着悬浮在高温表面的上方。它阻碍了热量的进一步传递,换句话说,水滴实际上不会长时间直接接触高温表面。
三、但值得注意的是,莱顿弗罗斯特效应持续的时间非常短,这种效应可以在一定程度上阻碍热传导,但无法阻碍热辐射。如果温度超过液体的莱顿霜点过高,那么强烈的辐射热会使莱顿弗罗斯特效应失效。换句话说,如果你的手湿了,触摸炭火和短时间返回铁水是可以的,但如果你触摸温度高达5500摄氏度的太阳热表面,你的手只会瞬间变成一缕青烟。
“莱顿弗罗斯特现象”究竟有什么神奇的原理值得人们惊讶
液体不会导致炙热的表面发生湿润。
莱顿弗罗斯特现象:液体不会导致炙热的表面发生湿润的现象,只形成蒸气层,由莱顿弗罗斯特于1756年发现这种神奇的现象。1756年,名叫莱顿弗罗斯特的人在烧通红的铁勺上滴上水珠,水珠继而发生持续30秒左右的时间,这种效应水滴悬浮的原因在于,接触温度高的铁勺后,水滴底部形成水蒸气,让水珠与铁勺分离,形成一道分界线,水滴就悬浮起来了,悬浮的水滴无法吸收较多的热量,减慢汽化应有的速度,因此持续30秒,这就是著名的莱顿弗罗斯特现象。
这种效应说明含水量丰富的液体遇到温度高时化作气态防护层。湿手指掐灭蜡烛,正是依靠蒸汽层的保护作用。存在充分的条件,任何人都可以做到。水滴落在温度高的铁板上,我们设想铁板的温度仅高100°C,水迅速沸腾。达莱顿弗罗斯特点时,水产生莱顿现象。水珠在铁板上产生无规则的滚动,并逐渐蒸发,水珠存在的时间会更长。
在莱顿现象下,水珠跟铁板接触的会形成水蒸气,水珠保持液体的形状,水蒸气传热速度比水慢得多,蒸气层降低水沸腾的速度。水的莱顿特点会因为水中的杂质、物件的材质以及水的温度等条件而发生改变,水在平底锅的莱顿特点为193°C左右。
厨师预热锅时,落几滴水形成水珠,可得知锅热的程度。在过火仪式中,先沾湿双脚,由于莱顿现象水不会发生快速升温的现象,热不易传到脚,即使走在火堆上,不长时间直接接触炭火,不易被炭火烫伤。另外,依照莱顿原理,液态氮在手上形成隔热层,防止手发生冻伤,可徒手杰出液态氮。
什么是莱顿弗罗斯特效应莱顿弗罗斯特效应有什么用
莱顿弗罗斯特科学家在烧得通红的铁勺上滴一滴水珠,水珠居然悬浮了30秒,莱顿弗罗斯特效应水滴可以悬浮起来的根本原因,触碰炽热的铁勺后,水滴底端马上出现一层水蒸气,把水珠与铁勺分隔,就可以水滴悬浮起来,悬浮起来的水滴时不会吸收大量的热量,缓减了气化速度,因而悬浮能够不停30秒,这就是莱顿弗罗斯特效应。
此现象表明当液体遭受极其炽热时就将化为一层绝缘层的气态防护层。如果你用湿手指头吹灭焟烛时恰好是借助着这层蒸汽层的维护。只需有充足的标准,每个人都可以保证这点(就像拥有服务器防火墙一般)。在莱顿弗罗斯特现象下,水珠中跟不锈钢板触碰的部分会快速烧开产生水蒸气,此外水珠尚维持液态的情况。
因为水蒸气的热传导比液态水慢得多,蒸汽层隔绝水直接接触滚热不锈钢并大幅度降低水滴烧开的速度。水的莱顿弗罗斯特效应会伴随着水里带有的残渣,滚热物品的材料,水的温度等而变化,粗略地度量排水在炒菜锅的莱顿弗罗斯特效应为约193°C。厨师在加热锅面时,只需落下来几滴水看着否产生水珠,便可获知锅面是不是够热。
在传统式的烧火典礼,参与者会先浸湿两脚,因为莱顿弗罗斯特效应令水不容易迅速提温,促使热不易传入大家的脚,即便大家走在篝火上,只需不长期触碰炭火,也不会被燃得红火的碳火烧伤。此外,按照莱顿弗罗斯特效应的原理,液氮会在手里快速烧开并产生隔热板,避免手冻伤,因而便可途手触碰液氮。《流言终结者》(MythBusters)亦曾在栏目中运用莱顿弗罗斯特效应,试着门把浸湿后放入烧熔的铅里。
怎样解释“莱顿弗罗斯特现象”
当第一滴小水滴落到灼热金属表面时,由于弹性作用它会向上反弹,同时在接触高温表面的一瞬间,水滴表面一薄层被迅速汽化,形成了一个厚约0.1毫米的蒸气层。这层蒸气一方面支持住小水滴,使之悬浮在金属板上,另一方面又起了绝热作用,使金属表面的热量不能很快传递给水滴,从而延缓了整个水滴的汽化过程。当第二滴水滴落到金属表面时,由于自然冷却和第一滴水的冷却作用,表面温度已没有最初时那么高了,因此,第二滴水滴表面的水蒸气层就没有那么厚。由于水蒸气的导热性能比水要差很多,因此水蒸气层的厚薄对水滴的汽化影响很大。第二滴水表面的水蒸气层较薄,所以它的汽化就加快了,以后落下去的水滴表面的水蒸气层更薄,所以它们的汽化更快。
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