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如何让水煮沸却不冒泡?
上图为一颗直径2厘米、经过加热的钢球放入沸水中冷却时产生的反应。左图中的钢球正处于膜沸腾状态,它被蒸汽层所包裹,也可称其为莱顿弗罗斯特效应。右图中的钢球温度下降,从冷却状态变成了泡核沸腾状态。(图:Ivan Vakarelski)

上图为一颗直径2厘米、经过加热的钢球放入沸水中冷却时产生的反应。左图中的钢球正处于膜沸腾状态,它被蒸汽层所包裹,也可称其为莱顿弗罗斯特效应。右图中的钢球温度下降,从冷却状态变成了泡核沸腾状态。(图:Ivan Vakarelski)

想象一下水在沸腾时没有冒泡的景象吧。虽然这种效果此前曾经实现过,但是发表在《自然》杂志上的 一篇论文 指出,即便周围的加热物质开始冷却,一种新的方法仍可以让水保持不冒出气泡。

这种现象基于 莱顿弗罗斯特效应(Leidenfrost Effect) 。埃文斯顿西北大学帕坦卡(Neelesh Patankar)解释道,当滚烫的铁板温度足够高(超过 100 ℃),滴落其上的水珠会四处滚动,而不是发出嘶嘶声迅速沸腾。这是因为高温热源蒸发了足够多的水,从而在水滴周围产生了一个蒸汽层。水滴漂浮在蒸汽层的 “气垫” 上,沸腾时就不会冒泡了。不过,随着热源表面温度逐渐下降,蒸汽层发生破裂,水滴便开始沸腾,引发剧烈的冒泡现象。

在化工厂和核反应堆尤其要注意莱顿弗罗斯特效应,因为在这些场所里,液体水在触碰到高温物质时可能会发生爆炸。但是,研究团队假设,假如沸水与高温物质阻隔的时间足够长,高温物质温度降至水的沸点时蒸汽层仍旧存在,那就不会有爆炸的危险了。

为了对此进行测试,研究人员在钢球表面镀上了一层纳米级的涂层,使其表面纹理粗糙。随后他们把钢球加热到 400 ℃,再将其放入热水中。实验中,热水并没有在灼热的金属周围冒泡,反之,水滴在钢球涂层粗糙的表面凹槽上延展开来,在水滴下面的腔体充满了蒸汽。因此,即便高温钢球的温度降到了 100 ℃,钢球周围的水还是能不受扰动,免于产生泡核沸腾现象。



编译自:《新科学家》,Water-repellent balls make liquid boil with no bubbles
文章题图:来自网络
内文图片:newscientist.com
The End

发布于2012-09-20, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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