Efecte Leidenfrost
El efecte Leidenfrost és el nom donat al fenomen de la capa de vapor que es forma al voltant d'un líquit, en trobar-se sobre una superfície en temperatura significativament major al punt d'ebullició d'eixe líquit.
Quan sobre una base metàlica a alta temperatura es coloca una gota d'un líquit volàtil (aigua, alcohol, etc.), la gota no s'evapora instantàneament sino que es mou erráticamente sobre la superfície durant cert temps, fins que finalment desapareix. Pero tarda més temps en desaparéixer que a una temperatura inferior.
El nom ve del físic alemà Johann Gottlob Leidenfrost, qui ho va descriure per primera volta en 1756.
Pierre Hippolyte Boutigny (1798-1884) va realisar estudis de l'efecte Leidenfrost i va pensar que les gotes que quedaven suspeses sobre la superfície de la placa calenta constituïen un nou estat de la matèria, lo que ell va denominar estat esferoidal.
Efecte
[editar | editar còdic]Archiu:Effet Leidenfrost.webm L'efecte es pot visualisar en fregir un ou de gallina en oli d'oliva: si l'oli no està lo suficientment calent, l'ou baixarà al fondo podent pegar-se a la paella, mentres que si ho està, l'ou surarà i s'esgolarà en l'oli, cuinant-se aixina més homogéneament. També pot observar-se rosant gotes d'aigua sobre una font a distintes temperatures: inicialment, en la temperatura de la font per baix dels 100 °C, l'aigua es aplana i s'evapora llentament. A mida que la temperatura de la font passa per damunt de 100 °C, les gotes d'aigua donen un chiulit en tocar la paella i s'evapora ràpidament. Més vesprada, quan la temperatura excedix el punt de Leidenfrost, l'efecte Leidenfrost entra en joc. Al contacte en la paella, es forma un montó de chicotetes gotes d'aigua que esvaren sobre la superfície, tardant en evaporara més temps que quan la temperatura de la paella era menor. Este efecte succeïx fins a alcançar una temperatura molt més alta que fa que qualsevol gota d'aigua que s'evapore massa ràpit per a causar este efecte.
Açò es deu a que a temperatures per damunt del punt Leidenfrost, la part inferior de la gotícula d'aigua es vaporiza immediatament en contacte en la placa calenta. El gas resultant eleva el restant de la gota d'aigua just damunt d'ell, impedint qualsevol contacte directe entre l'aigua líquida i la placa calenta. Com el vapor té una conductivitat tèrmica molt menor, la transferència de calor entre la placa i la gota es ralentisa considerablement. Ademés açò permet a la gota esgolar-se en molt poc rozamiento sobre la capa de vapor baix ella.
La temperatura a la qual l'efecte Leidenfrost comença a ocórrer no és fàcil de predir. Inclús si el volum de la gota de líquit permaneix igual, el punt Leidenfrost pot ser prou diferent, en una dependència complicada en les propietats de la superfície, aixina com qualssevol impurees en el líquit. Algunes investigacions han portat a terme en un model teòric del sistema, pero és prou complicat.[1] Com un càlcul molt aproximat, el punt de Leidenfrost d'una gota d'aigua en una paella pot ocórrer a 193 °C.
L'efecte va ser descrit també per l'eminent dissenyador de calderes de vapor de l'época victoriana, Sir William Fairbairn, en referència al seu efecte sobre la reducció massiva de la transferència de calor des d'una superfície de ferro calent a l'aigua, tal com dins d'una caldera. En un parell de conferències sobre el disseny de la caldera,[2] va citar el treball de M. Boutigny del professor Bowman, del King's College, de Londres a on s'estudiava açò. Una gota d'aigua que s'evapora casi de colp i repent a 168 °C va persistir durant 152 segons a 202 °C. Com a resultat paradòxic les temperatures més baixes en una caixa de fòcs de la caldera pot evaporar l'aigua més ràpidament, comparar l'efecte Mpemba. Un enfocament alternatiu és aumentar la temperatura més allà del punt Leidenfrost. Fairbairn considera açò també, i pot haver considerat la caldera de vapor flash, pero va considerar que els aspectes tècnics eren insuperables per a l'época.
El punt Leidenfrost també es pot definir com la temperatura per a la qual la gota surant dura més temps.[3]
El punt Leidenfrost
[editar | editar còdic]El punt Leidenfrost significa el començ de l'ebullició estable sobre película. Representa el punt de la curva d'ebullició a on el fluix de calor està en el mínim i la superfície està completament coberta per un mant de vapor. La transferència de calor des de la superfície fins que el líquit es produïx per conducció i radiació a través del vapor. En 1756, Leidenfrost va observar que les gotes d'aigua recolzats per la película de vapor s'evaporen llentament a mida que alvancen sobre la superfície calenta. A mida que la temperatura de la superfície s'incrementa, la radiació a través de la película de vapor es torna més significatiu i l'aument de temperatura fa aumentar el fluix de calor per radiació.
El fluix de calor mínima d'una placa horisontal de gran tamany pot obtindre's de l'equació de Zuber,[3]
- ___MATH_0___
a on les propietats són evaluades a temperatura de saturació. Constant Zuber, C és aproximadament 0,09 per a la majoria dels líquits a pressions moderades.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Bernardin and Mudawar, "A Cavity Activation and Bubble Growth Model of the Leidenfrost Point," Transactions of the ASME, (Vol. 124, Oct. 2002)
- ↑ Sir William Fairbairn (1851). Two Lectures: The Construction of Boilers, and on Boiler Explosions, with the means of prevention.
- ↑ 3,0 3,1 Incropera, DeWitt, Bergman & Lavine: Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6th edition.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Efecto Leidenfrost» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.