Et par kølige Leidenfrost-effekt videnskabsdemonstrationer at prøve

Leidenfrost-effekten er opkaldt efter Johann Gottlob Leidenfrost, der beskrev fænomenet i En kanal om nogle kvaliteter af fælles vand i 1796.

I Leidenfrost-effekten er en væske i nærheden af ​​en overflade meget varmere end væskens kogning punkt vil producere et damplag, der isolerer væsken og fysisk adskiller den fra overflade.

Grundlæggende, selvom overfladen er meget varmere end kogepunkt af væsken, det fordamper langsommere end hvis overfladen var nær kogepunktet. Dampen mellem væsken og overfladen forhindrer de to i at komme i direkte kontakt.

Det er ikke let at identificere den nøjagtige temperatur, som Leidenfrost-effekten kommer i spil - Leidenfrost-punktet. Hvis du lægger en dråbe væske på en overflade, der er køligere end væskernes kogepunkt, vil dråben flade ud og opvarmes. Ved kogepunktet kan dråbet susende, men det vil sidde på overfladen og koge i en damp.

På et tidspunkt, der er højere end kogepunktet, fordamper kanten af ​​væskedråben øjeblikkeligt, hvilket dæmper resten af ​​væsken fra kontakt. Temperaturen afhænger af mange faktorer, inklusive

Leidenfrostpunktet for vand er omtrent det dobbelte af dets kogepunkt, men disse oplysninger kan ikke bruges til at forudsige Leidenfrostpunktet for andre væsker. Hvis du udfører en demonstration af Leidenfrost-effekten, er dit bedste alternativ at bruge en overflade, der er meget varmere end væskens kogepunkt, så du vil være sikker på, at den er varm nok.

Der er flere måder at demonstrere Leidenfrost-effekten på. Demonstrationer med vand, flydende nitrogen og smeltet bly er de mest almindelige.

Den enkleste måde at demonstrere Leidenfrost-effekten er at drysse dråber vand på en varm gryde eller brænder. I dette tilfælde har Leidenfrost-effekten en praktisk anvendelse. Du kan bruge den til at kontrollere, om en gryde er varm nok til at blive brugt til madlavning uden at risikere din opskrift på en for kølig gryde!

Alt hvad du skal gøre er at varme en pande eller brænder op, dyppe hånden i vandet og drys panden med vanddråber. Hvis gryden er varm nok, skitter vanddråberne væk fra kontaktpunktet. Hvis du styrer temperaturen på panden, kan du også bruge denne demonstration til at illustrere Leidenfrostpunktet.

Vanddråber vil flade ud på en kølig gryde. De udflades nær kogepunktet ved 100 ° C eller 212 ° F og koges. Dråberne fortsætter med at opføre sig på denne måde, indtil du når Leidenfrostpunktet. Ved denne temperatur og ved højere temperaturer er Leidenfrost-effekten observerbar.

Den nemmeste og sikreste måde at demonstrere Leidenfrost-effekten med flydende nitrogen er at spil en lille mængde af det på en overflade, såsom et gulv. Enhver rumtemperaturoverflade er godt over Leidenfrostpunktet for nitrogen, der har et kogepunkt på −195,79 ° C eller −320,33 ° F. Dråber af nitrogenskitter på tværs af en overflade, ligesom vanddråber på en varm gryde.

En variation af denne demonstration er at kaste en kopfuld flydende nitrogen i luften. Dette kan gøres over publikum, selvom det generelt betragtes som uklokt at udføre denne demonstration for børn, da unge efterforskere måske ønsker at eskalere demonstrationen. En kop flydende nitrogen i luften er fin, men en kopfuld eller større mængde kastet direkte på en anden person kan resultere i alvorlige forbrændinger eller andre kvæstelser.

En mere risikofyldt demonstration er at anbringe en lille mængde flydende kvælstof i munden og sprænge blæser flydende nitrogendamp. Leidenfrost-effekten er ikke synlig her - det er det, der beskytter væv i munden mod skader. Denne demonstration kan udføres sikkert, men der er et element af risiko, da indtagelse af flydende nitrogen kan vise sig dødelig.

Kvælstof er ikke giftigt, men dets fordampning producerer en kæmpe gasboble, der er i stand til at sprænge væv. Vævsbeskadigelse fra kulden kan være resultatet af indtagelse af en stor mængde flydende nitrogen, men den primære risiko er på grund af trykket med nitrogenfordampning.

Ingen af ​​de flydende nitrogen demonstrationer af Leidenfrost-effekten skal udføres af børn. Dette er kun voksne demonstrationer. Den mundfulde flydende nitrogen frarådes for enhver på grund af potentialet for en ulykke. Dog kan du se det gjort, og det kan gøres sikkert og uden skade.

At sætte hånden i smeltet bly er en demonstration af Leidenfrost-effekten. Sådan gør du det og ikke blive brændt!

Opsætningen er ganske enkel. Demonstranten fugter sin hånd med vand og dypper den ned i og straks af smeltet bly.

Blyets smeltepunkt er 327,46 ° C eller 621,43 ° F. Dette er langt over Leidenfrostpunktet for vand, men alligevel ikke så varmt, at en meget kort isoleret eksponering ville brænde væv. Det er ideelt at det kan sammenlignes med at fjerne en gryde fra en meget varm ovn ved hjælp af en varm pude.

Denne demonstration bør ikke udføres af børn. Det er vigtigt, at blyet er lige over sit smeltepunkt. Husk også bly er giftigt. Smelt ikke bly ved hjælp af køkkengrej. Vask hænderne meget grundigt efter at have udført denne demonstration. Enhver hud, der ikke er beskyttet af vand vil blive brændt.

Personligt vil jeg anbefale at dyppe en enkelt befugtet finger i føringen og ikke en hel hånd for at minimere risikoen. Denne demonstration kan udføres sikkert, men medfører risiko og bør sandsynligvis undgås helt. Episoden "Mini Myth Mayhem" fra tv-showet MythBusters i 2009 demonstrerer denne effekt ganske pænt og ville være passende at vise for studerende.