Estudo: O efeito Leidenfrost ocorre em todas as três fases da água: sólido, líquido e vapor

Estudo: O efeito Leidenfrost ocorre em todas as três fases da água: sólido, líquido e vapor

Vídeo em câmera lenta de gelo fervendo, um projeto de pesquisa do Laboratório de Interfaces e Fluidos Inspirados na Natureza da Virginia Tech.

Jogue algumas gotas de água em uma frigideira muito quente e crepitante e eles vão levitar, deslizando ao redor da panela com um abandono selvagem. Físicos da Virginia Tech descobriram que isso também pode ser alcançado colocando um disco fino e plano de gelo em uma superfície de alumínio aquecida, de acordo com um novo papel Publicado na revista Physical Review Fluids. O problema: há uma temperatura crítica muito mais alta que deve ser alcançada antes que o disco de gelo levitar.

Como nós relatado anteriormenteem 1756, um cientista alemão chamado Johann Gottlob Leidenfrost relatado sua observação do fenômeno inusitado. Normalmente, ele observou, a água espirrada em uma panela muito quente chia e evapora muito rapidamente. Mas se a temperatura da panela estiver bem acima do ponto de ebulição da água, “gotas brilhantes parecidas com mercúrio” se formarão e deslizarão pela superfície. É chamado de “Efeito Leidenfrost” em sua honra.

Nos 250 anos seguintes, os físicos apresentaram uma explicação viável para o motivo disso ocorrer. Se a superfície estiver a pelo menos 400 graus Fahrenheit (bem acima do ponto de ebulição da água), almofadas de vapor de água ou vapor se formam embaixo deles, mantendo-os levitados. O efeito Leidenfrost também funciona com outros líquidos, incluindo óleos e álcool, mas a temperatura em que se manifesta será diferente.

O fenomeno continua a fascinar físicos. Por exemplo, em 2018, Físicos franceses descobriram que as gotas não estão apenas andando em uma almofada de vapor; desde que não sejam muito grandes, também se impulsionam. Isso é devido a um desequilíbrio no fluxo de fluido dentro das gotas Leidenfrost, agindo como um pequeno motor interno. Gotas grandes mostraram um fluxo equilibrado, mas à medida que as gotas evaporaram, tornando-se menores (cerca de meio milímetro de diâmetro) e mais esféricas, desenvolveu-se um desequilíbrio de forças. Isso fez com que as gotas rolassem como uma roda, ajudadas por uma espécie de efeito de “catraca” de uma inclinação para baixo na mesma direção em que o fluido na gota fluía. Os físicos franceses apelidaram sua descoberta de “roda Leidenfrost”.

Em 2019, uma equipe internacional de cientistas finalmente identificou a fonte do som de estalo que o Leidenfrost relatou. Os cientistas achar algo Depende do tamanho da gota. Gotas menores vão deslizar para fora da superfície e evaporar, enquanto gotas maiores explodem com aquela rachadura reveladora. O culpado são os contaminantes de partículas, presentes em quase todos os líquidos. Gotas maiores começarão com uma concentração mais alta de contaminantes, e isso aumenta a concentração à medida que as gotas encolhem. Eles acabam com uma concentração tão alta que as partículas formam lentamente uma espécie de concha ao redor da gota. Essa concha interfere com a almofada de vapor que segura a gota no ar e explode quando atinge a superfície.

E no ano passado, cientistas do MIT determinaram por que as gotículas são lançadas em uma superfície oleosa aquecida 100 vezes mais rápido do que em metal puro. Sob as condições certas, um fino revestimento se formou fora de cada gota, como um manto. À medida que a gota ficava mais quente, minúsculas bolhas de vapor de água começaram a se formar entre a gota e o óleo, depois se afastaram. Bolhas subsequentes normalmente se formavam perto dos mesmos pontos, formando uma única trilha de vapor que servia para empurrar a gota em uma direção preferida.

Mas você pode obter o efeito Leidenfrost com gelo? Foi isso que a equipe da Virginia Tech se propôs a descobrir. “Existem tantos artigos sobre a levitação do líquido que queríamos fazer a pergunta sobre a levitação do gelo”. disse o co-autor Jonathan Boreyko. “Começou como um projeto de curiosidade. O que impulsionou nossa pesquisa foi a questão de saber se era ou não possível ter um efeito Leidenfrost trifásico com sólido, líquido e vapor.”

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