【第20期】萊頓弗羅斯特效應

2021-02-12 文浩物理

    把水滴落在滾燙的鐵板上,假若鐵板的溫度僅高於水的沸點(100°C),水會發出嘶嘶聲並迅速沸騰。但當鐵板到達萊頓弗羅斯特點(Leidenfrost point)時,水便會產生萊頓弗羅斯特現象。水珠不會在鐵板四處滾動,並緩慢地逐漸蒸發,反而令水珠可以存在更久。

    在萊頓弗羅斯特現象下,水珠中跟鐵板接觸的部分會迅速沸騰形成水蒸氣,與此同時水珠尚保持液體的狀態,由於水蒸氣的傳熱比液體水慢得多,蒸氣層阻隔水直接接觸滾燙鐵板並大大降低水滴沸騰的速度。

    水的萊頓弗羅斯特點會隨著水中含有的雜質、滾燙物件的材質、水的溫度(由於姆潘巴現象,冷水可能比熱水更易蒸發)等而改變,粗略量度下水在平底鍋的萊頓弗羅斯特點為約193°C。

    廚師在預熱鍋子時,只要落下幾滴水看會否形成水珠,便可得知鍋子是否夠熱。在傳統的過火儀式,參加者會先沾溼雙腳,由於萊頓弗羅斯特現象令水不會快速升溫,使得熱不容易傳到人們的腳,即使人們走在火堆之上,只要不長時間接觸炭火,也不易被燒得火紅的炭火燙傷。另外,依照萊頓弗羅斯特現象的原理,液態氮會在手上迅速沸騰並形成隔熱層,防止手凍傷,因此便可徒手觸摸液態氮。《流言終結者》(MythBusters)亦曾在節目中利用萊頓弗羅斯特現象,嘗試把手沾溼後放進燒熔的鉛裡。

再看看有關啤酒的神奇現象。

    常規想像,當我們把啤酒倒入一個超高溫的平底鍋中時,啤酒會伴隨著一陣撕拉聲迅速沸騰並蒸發掉,但實際是這樣的麼?下面這段視頻顯示,啤酒並沒有迅速蒸發,而是像水銀一樣「懸浮」在鍋底,流動非常迅速。

    這種現象就叫做「萊頓弗羅斯特效應」,其原理就是:液體不會潤溼炙熱的表面,而僅僅在其上形成一個蒸汽層。由於底層的啤酒迅速氣化,將上層的啤酒拱離熾熱的鍋底,所以啤酒並沒有產生沸騰的現象。而正因為上層的啤酒坐上了「氣墊船」,才能夠像水銀一樣迅速的移動。

  

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