Быстрая камера разглядела неизвестные подробности эффекта Лейденфроста

Вы ведь знаете, что происходит, если капнуть на раскалённую сковородку водой? Жидкость соберётся в мелкие плоскодонные капельки, парящие над сáмой поверхностью сковороды, скользя по ней в разные стороны и постепенно испаряясь. Этот процесс, известный как эффект Лейденфроста, описан в 1756 году.

Оказывается, два с лишним века «внесли» в него кое-какие новые детали, недавно замеченные исследователями из Университета Ниццы (Франция). О своих наблюдениях они рассказали в журнале Physical Review Letters.

Лейденфростовская капля (иллюстрация Wikimedia).

Лейденфрост обнаружил, что, когда вода (или другие жидкости) попадает на перегретую поверхность, вокруг её капелек образуется покров пара. Но самая любопытная часть парового покрытия находится под каплей: именно этот пар заставляет воду парить и терять сцепление со сковородой. Это то, что известно и происходит в самом начале. Французских исследователей заинтересовало дальнейшее: что творится, когда бóльшая часть капли испарилась — прямо перед самым её исчезновением?

Учёные начали с того, что построили теоретическую модель процесса, а затем сняли на высокоскоростную камеру то, как капли воды и этанола ведут себя на горячей медной поверхности.

Модель подсказала: по прошествии времени количество пара увеличивается настолько, что заставляет оставшееся от капли подняться ещё выше. До тех пор пока вес капли (всё время убывающий) сохраняется достаточно большим, он сможет уравновешивать растущее давление пара снизу — и подъём будет медленным. Однако в какой-то момент остаток станет настолько лёгким, что паровое давление отправит его в небеса. Это в теории.

Сделав видео процесса, физики увидели, что… всё так и есть. Да, в самом начале капля отскакивает, балансируя у поверхности; затем она поднимается чуть выше, становясь всё меньше; в какой-то момент (при некоем размере) капля ракетой взлетает в воздух. В случае с этанолом процесс настолько стремителен, что даже высокоскоростная камера «видит» спиртовую каплю стартующей вверх с максимальным ускорением чуть ли не в момент касания перегретой поверхности.

Учёные надеются, что результаты исследования будут полезны, к примеру, при создании «ещё более эффективных» дизельных двигателей или при разработке процессов, использующих охлаждающие спреи.

www