一热就沸腾一冷就成冰,把一小块正在融化的冰

固态的冰、流动性的液态、飘渺的水蒸汽……众所周知水有三相。加温冰时,它会变为水,假如再次加温,它便会变为水蒸汽。一切在炎热的夏天观查过一杯冰茶,或是煮沸一壶水煮意大利面的人,都不可能对这种习以为常的基本概念觉得生疏。

但与水相关的有意思特性远远不止这种。例如,当热原充足大,温度远远超过熔点(100℃)时,事儿也许会出现不一样的发展趋势。

你很有可能在厨房里留意过,假如把水滴在一个被加温到超温的平锅表面,水滴可以飘浮在表面以上,隔着蒸气在平锅底滚动。这类有意思的状况被称作莱顿弗罗斯特效应

近日,一项新研究发现了相关莱顿弗罗斯特效应的一种令人激动的填补,也就是三相莱顿弗罗斯特效应(three-phase Leidenfrost effect)。科学研究工作人员发觉了相关让冰飘浮在表面的莱顿弗罗斯特效应的临界值温度,并揭露了这其中的热传导实体模型。科学研究已经在近日发布在《物理评论·流体》上。

莱顿弗罗斯特效应

除开一般的固液气三相,当热原充足热时,水的情形也有可能产生很大的转变。莱顿弗罗斯特效应的发生便是这其中一个事例。

例如,在一块远远超过水的沸点的铝合金板上,其表面的水滴就不可能再烧开。反过来,水滴贴近表面时产生的蒸气会被“困”在水滴下边,产生一种减震胶垫,避免液态与表面直接接触。受困的蒸气使液态悬浮起來,像气体羽毛球一样在升温的表面上滚动。这种情况以在1751年初次叙述它的德国医生和神学家罗伯特·戈特洛布·莱顿弗罗斯特(Johann Gottlob Leidenfrost)取名。

虽然大家早已了解莱顿弗罗斯特效应早已超出200年,但它仍在一直带来科学家意外惊喜。近些年,很多新科学研究也发觉了这类奇妙状况的大量特点,包含水蒸汽层产生和消退的临界值温度、三重莱顿弗罗斯特效应等。(详见《一个常见物理现象的新发现》《弹、弹、弹~》。)

这一广泛接纳的科学原理适用液态水飘浮在水蒸汽的气垫cc上,这也引起了一些科学研究员工的好奇心。她们想要知道,假如把水换为冰,事儿能以相近的形式发展趋势吗?换句话说,三相莱顿弗罗斯特效应有可能产生吗?

进到冰的行业

大概五年前,求知欲引起了精英团队的第一次科学研究。她们观查到的状况十分吸引人。

假如把水滴换为冰,即使当铝合金板被加温到超出150℃,冰都没有像液态水那般飘浮在水蒸汽中。科学研究工作人员再次提升温度,并伴随着发热量的提升观查冰的个人行为。

她们最后发觉,飘浮的温度阀值显著更高一些,做到了约550℃。在这个阀值下,冰下边的融水会再次与表面直接接触而烧开,并不会主要表现出莱顿弗罗斯特效应。

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