30 11 月, 2021

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惊人的视频揭示了一种我们以前从未见过的新型莱顿弗罗斯特效应

高于 193°C (379°F) 时,花瓶中的水会发生神奇的事情。

所谓的莱顿弗罗斯特效应,当你在热表面上喷水时,水滴会漂浮在表面上方的一层蒸汽上。 与处于较低温度(但仍高于沸点)时相比,它们继续旋转一两分钟,并在蒸发之前滑过锅。

只要温度远高于每种特定液体的沸点,所有不同类型的液体都会发生这种情况。 但研究人员发现了更有趣的事情——这种效应甚至可以发生在两滴不同液体之间,导致它们相互反弹。

由第一作者、普埃布拉大学物理学家 Felipe Pacheco Vázquez 领导的研究小组研究了水、乙醇、甲醇、氯仿和 甲酰胺,并分析了每组流体中的两滴是否会立即“组合”成一滴,或者连续反弹(相互反弹多次)。

他们通过使用一个带有轻微内部倾斜度的小金属板并将其加热到 250°,这远高于任何液体的沸点(从丙酮的 50°C 到实验室高度甲酰胺中的 146°C)来做到这一点。 )。

然后将一大滴一种液体加入一小滴染成蓝色的液体中,他们观察发生了什么。 有些——当两滴相同类型的液体或具有相似沸点的液体——在盘子的最低点滑入彼此时立即合并。

其他人在合并之前花时间。 它们看起来很像从大水滴上弹起的小水滴。 您可以在视频下方的乙醇(小滴)和水(大滴)之间看到这一点:

https://www.youtube.com/watch?v=sqWzhzhAE8o

“直接融合持续了几毫秒,主要在相同液体(如水-水)或类似特性的液体(如乙醇-异丙醇)的液滴中观察到,” 团队在新纸上写字。

“相比之下,性质差异很大的液滴(例如水-乙醇或水-乙腈)会在几秒钟甚至几分钟内继续反弹,因为它们会蒸发,直到达到最终聚结的临界尺寸。”

最终,在蒸发速度更快的液体收缩到一定体积后,两个液滴结合然后“爆炸”——你有一个稍大的液体混合物而不是两个。

您可以从下表中看出两种液体中的任何一种是否结合 (c)、反弹 (r)、两者混合 (c / y),或者在特殊情况下由于无法混合而保持在不同的相上 (x )。

两滴莱顿弗罗斯特碰撞的结果。 (Pacheco Vazquez 等人,PRL,2021)

该团队认为,这种反弹实际上是“莱顿弗罗斯特三重效应”,其中液滴不仅终止于热板表面的绝缘蒸汽层中,而且还终止于两个液滴之间。

“产生回弹动力学是因为液滴不仅与基材处于莱顿弗罗斯特状态,而且在撞击时它们之间也会经历莱顿弗罗斯特效应,” 团队写道。

“这是由不同的沸点温度引起的,因此,较热的倾角充当具有较低沸点的液滴的热表面,导致同时处于莱顿弗罗斯特状态的三个接触区。我们将这种情况称为三重莱顿弗罗斯特效应。”

该搜索发表于 物理评论快报.

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