Kajian mendapati nasib akhir titisan Leidenfrost bergantung pada saiz mereka

Pada tahun 1756, seorang ahli sains Jerman bernama Johann Gottlob Leidenfrost melaporkan pemerhatiannya terhadap fenomena luar biasa. Biasanya air disimbah ke dalam panci yang sangat panas dan menyejat dengan cepat. Tetapi jika suhu panci berada di atas titik mendidih air, "titisan berkilat menyerupai turutan cepat" akan terbentuk dan akan meluncur di permukaan. Ia dikenali sebagai "kesan Leidenfrost" dalam penghormatannya.

Dalam 250 tahun yang lalu, ahli fizik datang dengan penjelasan yang berdaya maju mengapa ini berlaku. Sekiranya permukaan adalah sekurang-kurangnya 400 darjah Fahrenheit (lebih tinggi dari titik mendidih air), bantal wap air, atau wap, bentuk di bawahnya, menjadikannya levitated. Kesan Leidenfrost juga berfungsi dengan cecair lain, termasuk minyak dan alkohol, tetapi suhu yang ditunjukkannya akan berbeza. Dalam tahun 2009 Mythbusters episod, contohnya, tuan rumah menunjukkan bagaimana seseorang boleh membasahi tangan mereka dan memendekkannya secara ringkas ke dalam cairan lebur tanpa kecederaan, berkat kesan ini.

Tetapi tiada siapa yang dapat mengenal pasti sumber bunyi yang dilampirkan Leidenfrost yang dilaporkan. Sekarang, pasukan saintis antarabangsa telah mengisi jurang yang terakhir dalam pengetahuan kami dengan kertas kerja oleh Mathai et al. dalam Kemajuan Sains.

Jawapannya: ia bergantung kepada saiz titisan. Titisan yang lebih kecil akan meluncur keluar dari permukaan dan menguap, sementara titisan yang lebih besar meletup dengan retak bercerita itu. "Ini menjawab persoalan yang berusia 250 tahun tentang apa yang menghasilkan bunyi retak ini," kata pengarang bersama Varghese Mathai, seorang penyelidik pasca doktoral di Universiti Brown. "Kami tidak dapat menemui apa-apa cubaan sebelum ini dalam sastera untuk menjelaskan sumber bunyi retak, jadi itu adalah soalan asas yang dijawab." Maklum balas yang diperolehi dapat satu hari memungkinkan untuk mengawal kesan untuk aplikasi dalam sistem penyejukan atau pengangkutan partikel atau teknik untuk mengangkut dan menyimpan zarah-zarah untuk fabrikasi mikroelektronik.

Fenomena ini terus mengagumkan fizik. Sebagai contoh, pada tahun 2018, pakar fizik Perancis mendapati bahawa titisan tidak hanya menunggang di atas bantal stim; selagi mereka tidak terlalu besar, mereka juga mendorong diri mereka sendiri. Itu kerana ketidakseimbangan dalam aliran bendalir di dalam drop Leidenfrost, bertindak seperti motor dalaman yang kecil. Titisan besar menunjukkan aliran yang seimbang, tetapi sebagai titisan yang menguap, menjadi lebih kecil (kira-kira setengah milimeter diameter) dan lebih sfera, ketidakseimbangan daya maju. Ini menyebabkan penurunan untuk menggulung seperti roda, dibantu oleh sejenis kesan "ratchet" dari kecondongan ke bawah ke arah yang sama cecair dalam titisan mengalir. Fizik Perancis menggelar penemuan mereka sebagai "roda Leidenfrost."

Untuk kajian terbaru mereka, Mathai et al. ingin mengetahui di mana bunyi retak datang. Jadi, mereka menubuhkan pelbagai kamera berkelajuan tinggi dan mikrofon untuk memantau titisan etanol individu apabila mereka jatuh ke permukaan yang dipanaskan di atas ambang Leidenfrost. Leidenfrost jatuh secara beransur-ansur mengecut sebelum memantul permukaan dan menguap. Itu berlaku kerana mereka menjadi sangat terang sehingga wap yang mengalir di sekitar mereka mempunyai kesan yang lebih kuat, dengan berkesan melancarkannya ke udara.

Para saintis Cina sebelum ini telah mengamati perkara yang sama dalam eksperimen mereka, tetapi hanya untuk titisan yang lebih kecil di bawah diameter tertentu. [diperbetulkan] Mathai et al. mendapati bahawa Jika drop lebih besar (sedikit lebih daripada diameter milimeter atau lebih), mereka tidak menyusut kepada saiz yang cukup kecil untuk melepaskan permukaan. Sebaliknya, mereka bergerak ke arah permukaan panas, memancarkan retak kuat apabila mereka membuat hubungan.

Pelakunya dalam kes ini adalah bahan pencemar partikel. Mana-mana cecair akan mempunyai mereka, tetapi titisan yang lebih besar akan bermula dengan kepekatan kontaminan yang lebih tinggi. Apabila titisan mengecut, kepekatan kontaminan meningkat. Titisan yang lebih besar berakhir dengan kepekatan yang tinggi sehingga zarah perlahan membentuk sejenis cangkang di sekitar titisan. Kulit itu mengganggu bantal wap yang memegang drop tinggi, dan ia meletup apabila ia menyentuh permukaan. Dan sebagai tahap pencemaran bertambah, begitu juga dengan ukuran rata-rata titisan apabila mereka memancarkan bunyi retak.

DOI: Kemajuan Sains, 2019. 10.1126 / sciadv.aav8081 (Mengenai DOIs).

Tonton video itu: DI AKHIR ZAMAN WANITA AKAN LEBIH BANYAK DARI PADA LAKI2 - USTADZ ZULKIFLI MUHAMMAD ALI LC (Disember 2019).