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研究揭示了液滴从央视影音下载安装app光滑表面悬浮的最低温度

物理学 2022-08-16 23:59:09

由Phys的Ingrid Fadelli创作

(同organic)有机 一系列图像显示了浸没在水中的热的金属圆柱形棒周围的薄蒸汽层的失效

蒸汽层最初在圆棒的顶端失效,当液体润湿固体并垂直向上运动时,气泡迅速形成

在第一个和最后一个图像之间大约已经过去了1毫秒,并且金属手指是1

直径6厘米

信用:哈维,哈珀-伯顿

雷登弗罗斯特效应是一个众所周知的物理现象,最早发现于1756年

当液体接近比沸点高得多的表面时,就会发生这种情况

这产生了一个绝缘的蒸汽层,防止液体快速沸腾

由于这种效应,液滴将悬浮在表面上,而不是物理接触它

虽然雷登弗罗斯特效应在几个世纪前就已被发现,但据报道,蒸汽层开始形成的温度在不同的研究中差异很大

因此,世界各地的许多物理学家继续研究这一现象,以更好地理解它何时以及如何发生

埃默里大学的研究人员最近证明,雷登弗罗斯特蒸汽层可以在远低于其形成所需的温度下持续存在

他们的发现发表在《物理评论快报》上,可能会对物理学的几个领域产生理论和实践上的影响

“我的实验室多年来一直致力于研究雷登弗罗斯特效应,”贾斯汀·C

进行这项研究的研究人员之一伯顿告诉《物理》杂志

(同organic)有机

“我们之前的工作集中在悬浮的雷登弗罗斯特水滴的有趣动力学,它们如何运动,如何振荡,等等

这通常是在非常高的温度下进行的,在非常高的温度下,液滴和热表面之间存在的薄蒸汽层非常坚固,即使蒸汽层大约是人的头发的厚度

" 虽然伯顿和他的同事们过去进行的研究收集了有趣的见解,但一个关键的未决问题仍然存在:雷登弗罗斯特温度是多少?换句话说,蒸汽层在表面上形成并持续一段时间所需的确切温度仍不清楚

信用:哈维,哈珀-伯顿

物理学家还没有确切地发现蒸汽层最终是如何消散的,但是他们观察到它的消散伴随着液体接触固体表面和快速、爆炸性的沸腾

除了为物理研究提供信息之外,提供这些问题的答案对于利用冷却热物体的几个行业,甚至对于探索像地球岩浆爆发这样的现象的行星科学来说也是有价值的

伯顿解释说:“我们开始用电学技术来回答这些问题,在形成过程中精确监控蒸汽层的厚度,随着热物质的冷却,一直到蒸汽层自发坍塌。”

“在水中加入一点盐,液体就成了电路的一部分,薄薄的蒸汽层就成了电容器。”

这使我们能够在崩溃前后的几毫秒内高速监测蒸汽层

" 除了收集几个蒸汽层的测量数据,伯顿和他的同事们还使用高速视频来检查蒸汽层坍塌的确切时刻

令人惊讶的是,他们发现,虽然要在浸入水中的热金属物体周围形成蒸汽层,需要将其加热到约240摄氏度,但当物体冷却到约140摄氏度时,同一蒸汽层可以保持稳定

此外,维持悬浮液滴的较低温度不取决于盐浓度或实验中使用的金属类型

伯顿说:“我认为我们工作中最值得注意的发现是,似乎有一个较低的温度来维持莱登弗罗斯特蒸汽层的稳定性,形成有一个‘较高温度’,失败有一个‘较低温度’。”

“这是一个非常实用的发现,将超越基础物理学

" 将来,这个研究团队收集的结果可以为各种领域的研究提供信息

事实上,从摩擦研究到软组织、纳米尺度冷却和微流体学,薄润滑液体和气体层的物理学是许多领域正在进行的研究课题

伯顿补充说:“我们目前正在进行一系列数值模拟,以了解蒸汽层的稳定性如何在较低温度下消失。”

“这是一个非常可重复的实验特征,因此它必须基于基本的流体力学

就像雨滴在叶子上形成,当它变大时,最终会脱落

这种不稳定性是由重力超过表面张力引起的,然而我们目前还不知道在我们的实验中蒸汽层是如何变得不稳定的

"

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