Лейденфрост своими руками
Обновлено: 12.07.2024
Определяем, достаточно ли сковорода горячая, используя науку в домашних условиях.
Быстрый тест: есть две одинаковые сковороды. Стоят на конфорках, одна нагрета до 150 °С, вторая - до 200 °С. В каждую сковороду я наливаю 15 мл воды и замеряю, сколько уйдет времени на испарение воды в каждой сковороде. Вопрос: насколько быстрее будет испаряться вода в сковороде при 200 °С, чем в сковороде при 150 °С?
Примерно в десять раз быстрее.
2. Быстрее в 1,3 раза.
3. Почти одновременно.
4. Ничего из вышеперечисленного - вопрос с подвохом, я уже всё понял.
Вы правы. Вода в сковороде при 200 °С вообще-то будет испаряться дольше. На самом деле, когда я провел дома эксперимент, воде в горячей сковороде потребовалось почти в десять раз больше времени, чтобы испариться. Кажется, что это противоречит почти всему, что мы узнали ранее, не правда ли? То есть, более горячая сковорода = больше энергии, больше энергии = быстрее испарение, так ведь?
Принцип, продемонстрированный моим экспериментом, впервые был описан Иоганном Готлобом Лейденфростом, немецким врачом XVIII века. Оказалось, если капле воды на сковороде достаточно энергии, производимый ею пар выталкивается из капли так сильно, что он буквально приподнимет каплю воды со дна сковороды. Поскольку вода больше не находится в прямом контакте со сковородой и изолирована этим слоем пара, передача энергии между сковородой и водой становится довольно неэффективной, поэтому вода будет испаряться дольше.
Посмотрите, центр этой сковороды прогрелся не так сильно, поэтому вода просто пузырится, находясь там. Края, однако, достаточно горячие, чтобы вызвать эффект Лейденфроста, из-за чего вся вода образует одно целое, поднимающее себя над поверхностью сковороды.
Вот, приглядитесь к этой водяной капле Лейденфроста. Этот эффект очень полезен на кухне как способ определить, сильно ли нагрелась сковорода, если, конечно, у вас нет невероятно привлекательного инфракрасного термометра с мгновенным считыванием, как у меня. Капните капельку воды на дно сковороды, когда нагреваете ее. Если она остается на поверхности и быстро испаряется, ваша сковорода разогрета примерно до 176 °С - недостаточная температура для обычного пассерования или обжаривания. Если сковорода достаточно горячая, чтобы сработал эффект Лейденфроста, вода образует четкие капли, которые будут скользить и скатываться по поверхности металла, и на их испарение уйдет много времени. Теперь ваша сковорода достаточно горячая, чтобы в ней готовить.
Знаете ли вы, что температура самой настоящей лавы вулкана в полтора-два раза меньше, чем температура… обыкновенного домашнего примуса. Для заметки, температура в его пламени поднимается до двух тысяч градусов.
-->СТАТИСТИКА -->
-->МЫ ВКОНТАКТЕ -->
-->НЕМНОГО РЕКЛАМЫ -->
Наши спонсоры
Описание:
Если капнуть воды на раскаленную пластину (сковороду или очень горячий утюг), то, казалось бы, капля должна быстро испариться (чем горячее, тем быстрее), но этого не наблюдается. Образовав маленький шарик, шипя и подпрыгивая, капля очень медленно превращается в пар. Как объяснить это явление?
Объяснение:
Под капелькой образуется упругий слой пара. Он является плохим проводником тепла, поэтому капля испаряется медленно.
Подробнее:
Данное явление долгоживущих капель является проявлением поверхностного или пленочного кипения и называется эффектом Лейденфроста.
Вот, что пишет о данном эффекте Джерл Уокер (перевод с англ.):
«Моя бабушка однажды показала, как пленочное кипение помогает определить, достаточно ли разогрелась сковородка для блинов. После того как она немного нагрела пустую сковородку, она брызнула на нее несколько капель воды. Капли с шипением испарились за несколько секунд. Их быстрое исчезновение показало ей, что сковорода еще недостаточно горяча для теста. Нагрев сковороду сильнее, она повторила проверку, брызнув еще воды. В этот раз капли свернулись в шарики и крутились на металлической поверхности более минуты, перед тем, как исчезнуть. Теперь сковорода была достаточно горяча для блинного теста.
Для изучения бабушкиного опыта я нагрел плоскую металлическую пластину лабораторной горелкой. Контролируя температуру пластины термопарой, я аккуратно ронял каплю дистиллированной воды из шприца, расположенного точно над пластиной (шприц дал мне возможность получать капли одинакового размера). Капля падала в углубление, сделанное в пластине молотком с шаровым бойком. Уронив каплю, я изучал время ее жизни на пластине. Затем я нарисовал график зависимости времени жизни капель от температуры пластины (рис.3). У графика есть интересный пик. При температуре пластины от 100°С и приблизительно до 200°С каждая капля растекалась по пластине тонким слоем и быстро испарялась. При температуре пластины около 200°C капля сворачивалась и жила около минуты. При более высокой температуре пластины водяные шарики не держатся так долго. Подобные эксперименты с водопроводной водой дали график с более плоским пиком, возможно из-за того, что взвешенные частицы прорывают слой плохо проводящего тепло пара.
Рисунок 1. Кривая времени жизни капли воды на горячей поверхности
Тот факт, что капля воды, нанесенная на металл, температура которого гораздо выше температуры кипения воды, живет долго, был впервые описан еще в 1732 году, но достаточно широко не исследовался до 1756 года, пока Иоганн Готлиб Лейденфрост не опубликовал свой "Трактат о некоторых свойствах обычной воды". Из-за того, что работа Лейденфроста не переводилась с латыни до 1965 года, она оказалась мало известной. Тем не менее, сейчас именно его имя связывается с явлением долговременности жизни капли на горячей пластине. Кроме того, температура, соответствующая пику полученного мною графика зависимости времени жизни капли от температуры поверхности (рис.1), называется точкой Лейденфроста.
При температуре пластины ниже точки Лейденфроста вода растекается по пластине и быстро отводит тепло от нее, что обеспечивает полное испарение капли за несколько секунд. Когда температура равна или выше точки Лейденфроста, нижняя часть капли, нанесенной на пластинку, почти мгновенно испаряется, и давление образовавшегося пара не позволяет остальной части капли коснуться пластины (рис. 2).
Рисунок 2. Парящая капля над горячей пластиной в поперечном сечении
Слой пара постоянно пополняется за счет дополнительной воды, испаряющейся с нижней поверхности, благодаря теплу от пластины, которое излучается и проводится сквозь пар. Хотя толщина слоя менее 0,1 мм у наружной границы и около 0,2 мм в центре, он резко замедляет испарение капли. Таким образом, пар поддерживает и защищает каплю в течение минуты или около того.
Чтобы показать течение пара из-под капли Лейденфроста, можно посыпать пластину мелким порошком. Когда капля будет кружиться по пластине, пар, идущий из-под нее, будет сдувать с пути крупицы порошка.
P.S.
Также рекомендуем ознакомиться со статьей журнала Квант:
М. Голубев, А. Кагаленко/ Капля на горячей поверхности
Источник:
В Средние века суды не так уж и редко оказывались в ситуации, когда для вынесения обвинительного приговора не хватало доказательств, и точно так же не доставало аргументов, чтобы оправдать подозреваемого. Тогда судья мог обратиться к высшим сферам и назначить Суд Божий. Например, чтобы проверить истинность слов обвиняемого, ему предлагали лизнуть раскаленный металл. Если не было сильных ожогов на языке, то считалось, что человек говорит правду.
На первый взгляд пройти Суд Божий путем лизания раскаленного металла и оправдаться кажется делом безнадежным. Но оказывается, что некоторые обвиняемые таким способом признавались невиновными. И объяснить это можно, если на помощь физиологии призвать физику: у человека говорящего правду и убежденного в ней нервы гораздо спокойнее нежели, чем у лжеца. Его язык не сухой, как у виновного, а влажный. А дальше, при попытке лизнуть раскаленный металл влага испаряется, и в действие вступает эффект Лейденфроста.
Не пытайтесь проделать нечто подобное самостоятельно! Все трюки, показываемые в роликах крайне опасны и приводятся в статье лишь в целях объяснения действия эффекта Лейденфроста!
Смысл эффекта Лейденфроста
Физический смысл эффекта Лейденфроста заключается в появлении слоя пара, выполняющего теплоизолирующую функцию, между жидкостью и раскаленной поверхностью. По-другому этот феномен называется кризисом кипения.
В обыденной жизни иногда проверяют степень нагретости сковороды, брызнув на нее воду. Если металл разогрет ниже точки кипения, то вода просто растечется и будет неспешно испаряться. Если сковорода горячее точки кипения, то влага испарится с шипением, причем быстро. Но на перегретой сковороде произойдет необычное: капля воды начнет "парить" в виде шарика над поверхностью сковороды, довольно медленно испаряясь, а своим движением над металлом напоминать перемещение ртути.
RvfВпервые явление было описано немецким врачом и теологом Иоганном Готлибом Лейденфростом в "Трактате о свойствах обыкновенной воды" изданном в 1756 году, но достоверно известно, что это явление наблюдал еще в 1732 году голландский врач и химик Герман Бургаве. Уильям Файрбэрн в своих лекциях по устройству котлов видел именно кризис кипения причиной значительного уменьшения теплообмена между металлом агрегата и водой. Конструктор рассказывал студентам о собственном наблюдении — капля воды практически мгновенно испарялась при температуре поверхности 168 градусов по Цельсию. Но стоило металл разогреть до 202 градусов, как процесс испарения растягивался на долгие 152 секунды.
Основная причина возникновения эффекта Лейденфроста — это практически мгновенное испарение нижней части капли при контакте с раскаленной поверхностью. В этот момент происходит образование прослойки пара, которая как бы "подвешивает" неиспарившуюся часть капли над раскаленной поверхностью, не давая жидкости вступить с ней в прямой контакт. А теплопроводность пара относительно невысокая, поэтому и испарение оставшейся части капли проходит довольно медленно.
Не пытайтесь воспроизвести эти трюки самостоятельно — это очень опасно!
Как говорилось выше, в случае с водой эффект можно наблюдать, капая на сковороду по мере её нагревания. Вначале, когда температура поверхности ниже 100 °C, вода просто растекается по ней и постепенно испаряется. По достижении 100 °C капли будут испаряться с шипением и куда быстрее. Далее, после того как температура проходит точку Лейденфроста, начинает проявляться означенный эффект: при контакте со сковородой капли собираются в маленькие шарики и перемещаются по ней — вода находится в сковороде значительно дольше, чем при более низких температурах. Явление наблюдается до тех пор, пока температура не станет настолько большой, что капли начнут испаряться слишком быстро для его проявлений.
Явление было также описано выдающимся конструктором паровых котлов Викторианской эпохи Уильямом Фэйрбэрном, который видел в нём причину сильного уменьшения теплообмена между горячим железом и водой в паровом котле. В двух лекциях по конструкции котлов он цитировал работу, в которой капля, почти мгновенно испарявшаяся при температуре 168 °C, сохранялась в течение 152 секунд при 202 °C: получалось, что при более низких температурах в топке вода может испаряться даже быстрее. Вариант с повышением температуры за точку Лейденфроста также рассматривался Фэйрбэрном, что должно было бы привести его к созданию котлов, наподобие используемых в паромобилях, однако, возможности техники того времени вряд ли это позволяли.
Читайте также: