Американские исследователи сделали новое открытие свойства воды, дополняющее представления об эффекте Лейденфроста, описанном в 1751 году. Результаты исследования предлагают новые пути для создания охлаждающих устройств, использующих только воду. Статья опубликована в журнале Physical Review Fluids.
Вода, как известно, существует в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Между ними она переходит под воздействием давления и температуры. Однако, когда источник тепла достаточно горячий, поведение воды меняется. Капля воды, нанесенная на раскаленную до 150 °C алюминиевую пластину, не будет кипеть. Пар, образующийся внутри капли, окажется в ловушке под ее поверхностью и создаст под каплей подушку, которая будет препятствовать контакту жидкости с поверхностью, заставляя ее «левитировать» и скользить. Это явление, известное как эффект Лейденфроста, было описано в 1751 году.
Ученые из Политехнического университета Виргинии решили проверить, может ли лед вести себя так же. Ранее ученые уже проводили подобные эксперименты. Оказалось, что для льда температурный порог «левитации» значительно выше, чем для воды, — 550 °C. До этого значения вода кипит под слоем льда в прямом контакте с поверхностью. Причина этого явления кроется в перепаде температур в слое талой воды подо льдом. Внизу у нагретой поверхности его температура достигает 100 °C, а наверху у слоя льда составляет 0 °C. Поддержание этой экстремальной разницы температур потребляет большую часть тепла поверхности, которое необходимо для производства достаточного для «левитации» количества пара.
В случае с жидкостью эффект Лейденфроста сильно снижает эффективность теплопередачи, так как жидкость закипает, только соприкасаясь с нагретой поверхностью. Таким образом, использование льда вместо воды может значительно повысить теплопередачу. Это актуально, например, для охлаждения двигателей и компьютерных серверов. Применение льда может стать эффективной аварийной мерой или обычной практикой обслуживания различных установок и механизмов. Другое возможное применение — производство сплавов, при котором необходимо гасить тепло от металлов, делая их более прочными и менее хрупкими.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
