آب رقصنده روی ماهیتابه داغ: دیگه می‌تونی آب رو معلق کنی!
تصور کن داری یه مشت قطره آب رو توی یه ماهیتابه داغ داغ می‌ریزی. قطره‌ها بجای اینکه بسوزن، شروع می‌کنن به رقصیدن!
باور کن یا نه، این قطره‌ها معلق هستن. می‌دونی چرا؟ چون سطح ماهیتابه انقدر داغه که باعث میشه قسمتی از قطره که بهش نزدیکه بخار بشه و یه بالشتک از گاز درست کنه. قطره آب روی این بالشتک معلق می‌مونه.
این پدیده به اسم اثر لیدنفراست شناخته میشه و به اسم یه پزشک آلمانی به اسم یوهان گوتلوب لیدنفراست که تو قرن هجدهم این پدیده رو کشف کرد، اسم‌گذاری شده.
حالا یه گروه از دانشمندان یه روش جدید پیدا کردن که میشه باهاش این رقص آب رو تو دمای پایین‌تر هم انجام داد. اونا یه سطح با بافت میکروسکوپی ساختن که گرما رو خیلی بهتر به قطره‌ها منتقل می‌کنه. این کشف می‌تونه تو زمینه های مختلفی مثل خنک کردن ماشین های صنعتی و برج های خنک‌کننده هسته‌ای کاربرد داشته باشه.
یکی از مهندسای این تیم میگه:
“ما فکر می‌کردیم که این ریزستون‌ها فقط یه ذره توی رفتار این پدیده شناخته شده تغییر ایجاد می‌کنن، ولی نتایج کارمون خیلی فراتر از تصورات ما بود.”
این کشف یه چیز خیلی مهم تو زمینه انتقال حرارت موقع جوشیدن مایعاته.
ما سال‌هاست که اثر لیدنفراست رو می‌شناسیم و خیلی خوب می‌دونیم چطوری کار می‌کنه. برای اینکه این اتفاق بیفته، باید سطح به اندازه‌ای داغ باشه که آب به محض تماس باهاش بخار بشه، ولی نه انقدر داغ که کل قطره آب یهو تبخیر بشه.
دلیل اینکه تو دمای لیدنفراست، آب کامل تبخیر نمی‌شه اینه که یه بخش زیادی از انرژی به جای اینکه به بقیه قطره منتقل بشه، به صورت بخار از سطح داغ خارج میشه.
سطحی که این تیم از دانشمندان ساختن، از صدها ستون خیلی ریز تشکیل شده که ارتفاعشون حدود ۰.۰۸ میلی‌متره و به اندازه عرض موی انسان هستن. این ستون‌ها توی یه شبکه با فاصله ۰.۱۲ میلی‌متر از هم چیده شدن. وقتی یه قطره آب روی این سطح قرار می‌گیره، حدود ۱۰۰ تا از این ستون‌ها رو می‌پوشونه.
وقتی آب روی سطح می‌شینه، ستون‌ها بهش فشار می‌آرن و گرما رو سریع‌تر بهش منتقل می‌کنن، و باعث میشن که آب سریع‌تر بجوشه. به این ترتیب، میشه اثر لیدنفراست رو تو عرض چند میلی‌ثانیه و تو دمای خیلی پایین‌تر از یه سطح صاف مثل ماهیتابه یا اجاق گاز مشاهده کرد.
این تیم حتی تونسته تو دمای ۱۳۰ درجه سانتیگراد اثر لیدنفراست رو ایجاد کنه، که خیلی پایین‌تر از ۲۳۰ درجه‌ایه که تو شرایط معمولی برای ایجاد این اثر لازم بوده.
حباب هایی که بین این ستون های ریز ایجاد میشن، می‌تونن به تمیز کردن سطح از آلودگی هم کمک کنن.
الان آب یه ماده عالی برای خنک کردن محسوب میشه. آب تو دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد (تو ارتفاعات یه ذره فرق می‌کنه) می‌جوشه و تبدیل به بخار میشه. آب مایع نمی‌تونه از این نقطه جوش گرم‌تر بشه، چون تو این دما تبدیل به بخار میشه.
به همین دلیله که یه نفر می‌تونه سوپ رو تو یه کیسه پلاستیکی روی شعله آتیش بپزه: گرما به آب منتقل میشه و آب نمی‌تونه از نقطه ذوب پلاستیک (توجه: این کار رو امتحان نکنید، مواد شیمیایی تو پلاستیک وجود داره که می‌تونه وارد سوپتون بشه) گرم‌تر بشه.
محققان میگن که این سطح میکروپایلار یه روش انتقال حرارت کارآمدتر ارائه می‌کنه که می‌تونه خیلی امن‌تر از روش های خنک‌کننده آبی باشه که الان استفاده میشن و می‌تونه به جلوگیری از حوادث خطرناکی مثل انفجار بخار کمک کنه.