خبر

  • تک بورد - دانشمندان MIT نشان می دهند که چرا قطرات آب سریعتر روی سطحی داغ و روکش شده با روغن حرکت می کنند

    دانشمندان MIT نشان می دهند که چرا قطرات آب سریعتر روی سطحی داغ و روکش شده با روغن حرکت می کنند
    6 روز و 18 ساعت قبل

    چرخش در مورد "اثر Leidenfrost" می تواند روزی در برنامه های ریزسیستم استفاده شود - یک قسمت کلاسیک Mythbusters 2009 وجود دارد که در آن مجریان نشان می دهند که چگونه کسی می تواند دست خود را خیس کرده و آن را به مدت کوتاهی بدون آسیب به سرب مذاب فرو کند. مکانیسم حفاظتی به عنوان "اثر لیدنفرست" شناخته می شود و می تواند روزی برای دستگاههای ریزسیال ، به ویژه در محیطهای ریز جاذبه ، و سایر کاربردها مفید واقع ش

    همانطور که قبلاً گزارش کردیم ، اثر Leidenfrost به 1756 برمی گردد. در آن زمان است که دانشمند آلمانی یوهان گوتلوب لیدنفرست مشاهده کرد که در حالی که آب روی یک تابه بسیار داغ پاشیده می کند و به سرعت تبخیر می شود ، هنگامی که دمای تابه خوب است ، چیزی تغییر می کند. بالاتر از نقطه جوش آب هنگامی که این اتفاق می افتد ، لیدنفرست کشف کرد ، "قطره های درخشان شبیه به نقره روان" تشکیل می شود و از سطح زمین می لرزد. اگر سطح آن حداقل 400 درجه فارنهایت (بسیار بالاتر از نقطه جوش آب) باشد ، بالشتک های بخار آب یا بخار در زیر قطرات ایجاد می شود و آنها را برآمدگی نگه می دارد. قطره می تواند با اصطکاک بسیار کمی روی سطح حرکت کند. اثر Leidenfrost با مایعات دیگر ، از جمله روغن و الکل نیز کار می کند ، اما دمایی که در آن ظاهر می شود ("نقطه Leidenfrost") متفاوت خواهد بود.

    خواندن بیشتر

    مطالعه سرنوشت نهایی را پیدا می کند قطرات Leidenfrost بستگی به اندازه آنها دارد. به عنوان مثال ، فیزیکدانان فرانسوی در سال 2018 دریافتند که قطرات فقط بر روی یک بالشتک بخار سوار نمی شوند. تا زمانی که خیلی بزرگ نباشند ، خود را نیز به حرکت در می آورند. عدم تعادل در جریان سیال در داخل Leidenfrost کاهش می یابد ، مانند یک موتور داخلی کوچک عمل می کند. هنگامی که قطرات تبخیر می شوند ، کوچکتر و کروی تر می شوند ، مانند یک چرخ (مانند "چرخ Leidenfrost") می چرخند.

    تبلیغات

    و در سال 2019 ، یک تیم بین المللی از دانشمندان سرانجام منبع همراه صدای ترک خوردگی Leidenfrost گزارش داد. دانشمندان دریافتند که بستگی به اندازه قطرات دارد. قطره های کوچکتر از سطح خارج می شوند و تبخیر می شوند ، در حالی که قطرات بزرگتر با آن ترک گوینده منفجر می شوند. مقصر آلودگی ذرات است که تقریباً در هر مایعی وجود دارد. قطرات بزرگتر با غلظت بیشتر آلاینده ها شروع می شود و این غلظت با کوچک شدن قطرات افزایش می یابد. غلظت آنها به حدی بالا می رود که ذرات به آرامی نوعی پوسته در اطراف قطرات ایجاد می کنند. این پوسته با بالشتک بخار که قطره را در بالا نگه می دارد ، تداخل دارد و هنگامی که به سطح برخورد می کند منفجر می شود.

    در سال 2019 ، فیزیکدانان فرانسوی دریافتند که قطرات Leidenfrost با وجود عدم وجود یک میدان خارجی ، پویایی خود را ایجاد کرده و خود را به حرکت در می آورد. در نتیجه "چرخ های Leidenfrost." آنها مجموعه ای از آزمایشات را انجام دادند که شامل ریختن قطرات آب به اندازه میلی متر بر روی سطوح جامد داغ-ویفرهای سیلیکونی با ضخامت 10 تا 100 میکرون-پوشیده از فیلم های نازک از انواع مختلف روغن و فیلمبرداری از آنچه با دوربین های سریع اتفاق افتاده بود.

    آنها انتظار داشتند که قطرات Leidenfrost به آرامی روی سطحی که با روغن پوشانده شده حرکت کند ، زیرا روغن تقریباً 100 برابر چسبناک تر از هوا است و بنابراین اصطکاک بیشتری نسبت به یک فیلم بخار ایجاد می کند. اما هنگامی که محققان فیلم را تجزیه و تحلیل کردند ، متوجه عکس معکوس شدند: قطرات Leidenfrost بسیار سریعتر در جهت های تصادفی روی سطوح روکش شده با روغن تکان خوردند تا روی سطوح فلزی.

    به آنچه در حال رخ دادن بود ، زیرا تأثیر آن بسیار غیرمنتظره بود. " "این یک پاسخ نسبتاً پیچیده برای چیزی است که به ظاهر ساده به نظر می رسد ، اما واقعاً این پیشرانه سریع را ایجاد می کند." مطالعات بیشتر نشان داد که در شرایط مناسب ، یک پوشش نازک در خارج از هر قطره مانند عبا ایجاد می شود. با گرمتر شدن قطرات ، حبابهای کوچک بخار آب بین قطره و روغن شروع به تشکیل می کنند ، سپس دور می شوند. حباب های بعدی به طور معمول در نزدیکی همان نقاط ایجاد می شوند و یک مسیر بخار واحد ایجاد می کنند که قطرات را در جهت مورد نظر هدایت می کند. بسیار سریعتر از انتقال گرما در فیلم روغنی. عدم تقارن حاصله به معنی اصطکاک کمتر در زیر حباب است و به سرعت آن را از سطح داغ روغنی بیرون می کشد. واراناسی بین فیلم روغنی یا جلد و لاستیک بادکنک قیاس کرد. وی گفت که نیروی ترکیدن حباب های بخار باعث می شود "بادکنک" به پرواز درآید ، "زیرا هوا از یک طرف خارج می شود و یک حرکت شتاب ایجاد می کند." سیستم های یخ زدایی و سطوح خود تمیز کننده که آلودگی هایی مانند نمک را حذف می کنند تا از ایجاد رسوب جلوگیری شود. تا کنون ، چنین روش های پیشرانش برای قطرات آب تنها به چند میلی متر در ثانیه محدود می شد. اما قطرات در آزمایشهای واراناسی و لئون بسیار سریعتر حرکت کردند: حدود 10 سانتی متر بر ثانیه فیلم های روغنی ، بافت سطح و رسانایی حرارتی. بنابراین نویسندگان اعتراف می کنند که هنوز نمی توانند آن جهت را به طور دقیق کنترل کنند. با این حال ، "مطالعات بیشتر در مورد شکل گیری عدم تقارن اولیه و پویایی غنی پوشاندن قطرات روغن ممکن است روش کنترل نقطه Leidenfrost روی فیلم های نازک مایع و جهت خودکششی در یک سطح را روشن کند." "چنین سطحی می تواند به سرعت و به طور قابل کنترل قطرات خورنده و کثیف را از سطوح گرم شده خارج کند."

    DOI: Physical Review Letters، 2021. 0.1103/PhysRevLett.127.074502 (About DOIs).





خبرهای دیگر از علوم پایه