وجدت الدراسة أن القدر النهائي من قطرات ليدنفروست يعتمد على حجمها

في عام 1756 ، أبلغ عالم ألماني يدعى يوهان جوتلوب ليدنفروست عن ملاحظته لظاهرة غير عادية. عادةً ، تنثر المياه على وعاء ساخن للغاية وتتبخر بسرعة كبيرة. ولكن إذا كانت درجة حرارة المقلاة أعلى بكثير من درجة غليان الماء ، فإن "القطرات المتلألئة التي تشبه الزجاجة السريعة" ستتشكل وستتأرجح عبر السطح. يُعرف باسم "تأثير ليدنفروست" على شرفه.

في السنوات ال 250 التي تلت ذلك ، توصل الفيزيائيون إلى تفسير عملي لسبب حدوث ذلك. إذا كان السطح لا يقل عن 400 درجة فهرنهايت (أعلى بكثير من نقطة غليان الماء) ، وسائد بخار الماء ، أو البخار ، تتشكل تحتها ، والحفاظ عليها. يعمل تأثير ليدنفروست أيضًا مع السوائل الأخرى ، بما في ذلك الزيوت والكحول ، لكن درجة الحرارة التي تظهر بها ستكون مختلفة. في عام 2009 مثبوسترس] على سبيل المثال ، أوضح المضيفون كيف يمكن لشخص ما تبليل أيديهم وتراجعها لفترة وجيزة إلى رصاص منصهر دون إصابة ، وذلك بفضل هذا التأثير.

ولكن لم يتمكن أي شخص من تحديد مصدر صوت التكسير المصاحب الذي أبلغت عنه ليدنفروست. الآن ، قام فريق دولي من العلماء بسد الفجوة الأخيرة المتبقية في معرفتنا بورقة حديثة قدمها Mathai وآخرون. في العلوم التقدم.

الجواب: يعتمد على حجم القطرة. سوف تتسرب القطرات الصغيرة من السطح وتتلاشى ، بينما تنفجر القطرات الأكبر مع هذا الكسر. وقال فارغيز ماثاي ، الباحث المشارك بعد الدكتوراه في جامعة براون: "هذا يجيب على سؤال عمره 250 عامًا حول ما ينتج هذا الصوت المتصدع". "لم نتمكن من العثور على أي محاولات سابقة في الأدب لشرح مصدر صوت الكراك ، لذا فهو سؤال أساسي تم الإجابة عليه." يمكن للرؤى المكتسبة يومًا ما أن تجعل من الممكن التحكم في تأثير التطبيق في أنظمة التبريد أو نقل الجسيمات أو تقنيات نقل وترسيب الجسيمات لتصنيع الإلكترونيات الدقيقة.

هذه الظاهرة لا تزال فتن الفيزيائيين. على سبيل المثال ، في عام 2018 ، اكتشف الفيزيائيون الفرنسيون أن القطرات ليست مجرد ركوب على وسادة من البخار ؛ طالما أنها ليست كبيرة جدا ، فإنها تدفع أيضا أنفسهم. ذلك بسبب خلل في تدفق السائل داخل قطرات Leidenfrost ، مثل محرك داخلي صغير. أظهرت القطرات الكبيرة تدفقًا متوازنًا ، ولكن عندما تبخرت القطرات ، أصبحت أصغر (حوالي نصف ملليمتر قطرًا) وأكثر كروية ، تطور خلل في القوى. تسبب هذا في تدحرج القطرات مثل العجلة ، بمساعدة نوع من التأثير "السقاطة" من الميل الهابط في نفس الاتجاه الذي يتدفق فيه السائل في القطرة. أطلق علماء الفيزياء الفرنسيون على اكتشافهم "عجلة ليدنفروست".

لدراستهم الأخيرة ، Mathai وآخرون. أراد معرفة من أين جاء صوت تكسير. لذلك قاموا بإعداد مجموعة من الكاميرات والميكروفونات عالية السرعة لمراقبة قطرات الإيثانول الفردية عند سقوطها على سطح ساخن فوق عتبة Leidenfrost. ينكمش قطرات ليدنفروست تدريجياً قبل أن يرتد على السطح ويبخر. يحدث ذلك لأنها تصبح خفيفة لدرجة أن البخار الذي يتدفق من حولهم له تأثير أقوى بكثير ، ويطلقهم بشكل فعال في الهواء.

وقد لاحظ العلماء الصينيون في السابق نفس الشيء في تجاربهم ، ولكن فقط للقطرات الصغيرة التي يقل قطرها عن حد معين. [تصحيح] ماثاي وآخرون. وجدت أنه إذا بدأت نقطة الهبوط أكبر (يزيد قطرها قليلاً عن ملليمتر أو أكثر) ، فإنها لا تتقلص إلى حجم صغير يكفي للطيران على السطح. بدلاً من ذلك ، ينتقلون نحو السطح الساخن ، وينبعثون صوتًا عاليًا عند الاتصال.

الجاني في هذه الحالة هو ملوثات الجسيمات. أي سائل سيحتوي عليها ، لكن القطرات الكبيرة ستبدأ بتركيز عالٍ من الملوثات. كلما تقلصت القطرات ، يزداد تركيز الملوثات. تنتهي القطرات الأكبر بتركيز عالٍ بحيث تشكل الجسيمات ببطء نوعًا من القذيفة حول القطرة. تتداخل تلك القذيفة مع وسادة البخار التي تمسك بالسقوط عالياً ، وتنفجر عندما تضرب السطح. ومع ارتفاع مستوى الملوثات ، يزداد متوسط ​​حجم القطرات عندما تصدر صوت التكسير.

DOI: تقدم العلوم، 2019. 10.1126 / sciadv.aav8081 (حول DOIs).

شاهد الفيديو: كيف تضمن النجاح في اختباراتك النهائيه بهذه التقنيات البسيطة (أبريل 2020).