Über 193 °C (379 °F) passiert mit Wasser in einer Pfanne etwas fast Magisches.
Der sogenannte Leidenfrost-Effekt: Wenn Sie Wasser auf eine heiße Oberfläche sprühen, schweben die Tropfen auf einer Dampfschicht über der Oberfläche. Sie bleiben ein oder zwei Momente länger stehen als bei einer niedrigeren (aber immer noch über dem Siedepunkt) Temperatur und huschen über die Pfanne, bevor sie verdunsten.
Dies geschieht bei allen verschiedenen Arten von Flüssigkeiten, solange die Temperaturen viel höher sind als der Siedepunkt der jeweiligen Flüssigkeit. Aber Forscher haben gerade etwas noch Interessanteres entdeckt: Dieser Effekt kann sogar zwischen zwei Tröpfchen verschiedener Flüssigkeiten auftreten, die dazu führen, dass sie aneinander „abprallen“.
Das Forscherteam unter der Leitung des Erstautors, des Physikers der Universität Puebla, Felipe Pacheco-Vázquez, untersuchte Flüssigkeiten wie Wasser, Ethanol, Methanol, Chloroform und Formamid und analysierte, ob zwei Tropfen jeder Flüssigkeitskombination direkt „zusammenfließen“ würden in ein einzelnes Tröpfchen oder würde “aufeinanderfolgende Rückprall” (ein paar Mal aneinander abprallen).
Sie taten dies, indem sie eine kleine Metallplatte mit einer leichten Neigung nach innen verwendeten und sie auf 250 Grad erhitzten, was weit über den Siedepunkten der Flüssigkeiten lag (die in der Höhe des Labors von 50 ° C von Aceton bis zu 146 ° C von Formamid reichten). .
Ein großer klarer Tropfen einer Flüssigkeit wurde dann mit einem kleinen blau gefärbten Tropfen hinzugefügt und sie beobachteten, was passierte. Einige – als beide Tropfen die gleiche Art von Flüssigkeit oder Flüssigkeiten mit ähnlichen Siedepunkten waren – verschmolzen einfach sofort, als sie am tiefsten Punkt der Platte ineinander glitten.
Andere ließen sich Zeit, bevor sie fusionierten. Sie sahen aus wie das kleine Tröpfchen, das auf dem großen hüpfte. Sie können dies zwischen Ethanol (das kleine Tröpfchen) und Wasser (das große Tröpfchen) unten im Video sehen:
“Die direkte Koaleszenz dauert einige Millisekunden und wurde hauptsächlich bei Tropfen derselben Flüssigkeit (zB Wasser-Wasser) oder Flüssigkeiten mit ähnlichen Eigenschaften (zB Ethanol-Isopropanol) beobachtet”, schreibt das Team in einer neuen Arbeit.
“Im Gegensatz dazu bleiben Tropfen mit großen Unterschieden in den Eigenschaften (zB Wasser-Ethanol oder Wasser-Acetonitril) mehrere Sekunden oder sogar Minuten aufprallen, während sie verdampfen, bis sie eine kritische Größe erreichen, um schließlich zu koaleszieren.”
Nachdem die Flüssigkeit, die schneller verdunstet, schließlich auf eine bestimmte Größe geschrumpft ist, verbinden sich die beiden Tropfen und „knallen“ dann – Sie haben eine etwas größere Mischung aus Flüssigkeiten, die statt zwei herumlaufen.
Sie können der folgenden Tabelle entnehmen, ob eine der beiden Flüssigkeiten koalesziert (c), zurückprallt (r), eine Kombination aus beiden gemacht hat (c/r) oder in besonderen Fällen als getrennte Phasen verbleibt, weil sie nicht gemischt werden können ( S).
Ergebnis der Kollision zweier Leidenfrost-Tropfen. (Pacheco-Vázquez et al., PRL, 2021)
Das Team vermutet, dass dieses Aufprallen tatsächlich ein „dreifacher Leidenfrost-Effekt“ ist, bei dem die Tropfen nicht nur mit einer isolierenden Dampfschicht von der Oberfläche der heißen Platte, sondern auch zwischen den beiden Tropfen landen.
“Die Sprungdynamik wird erzeugt, weil die Tropfen nicht nur mit dem Substrat im Leidenfrost-Zustand sind, sondern im Moment der Kollision zwischen ihnen auch den Leidenfrost-Effekt erfahren”, schreibt das Team.
„Dies geschieht aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedetemperaturen, und daher fungiert der heißere Tropfen als heiße Oberfläche für den Tropfen mit niedrigerem Siedepunkt, wodurch gleichzeitig drei Kontaktzonen des Leidenfrost-Zustands erzeugt werden. Wir nannten dieses Szenario den dreifachen Leidenfrost-Effekt.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Physische Überprüfungsschreiben.