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鋁鍋燒水實驗

生活更新时间:2024-12-28 02:35:22

科技日報實習記者張佳欣

你知道如何讓一口普通鍋變身“不粘鍋”嗎？當将其燒得很熱時，即使鍋中不放油，也能讓食物不粘鍋。這其實是利用了萊頓弗羅斯特效應。美國研究人員發現，冰也可以出現萊頓弗羅斯特效應，條件是表面加熱到550℃。這一發現為工業應用中僅使用水的基本性質的冷卻設備和過程提供了更多有趣的可能性。研究發表在21日《物理評論·流體力學》上。

鋁鍋燒水實驗（用冰燒水科學家發現新）1

科學家發現水的三相均可出現萊頓弗羅斯特效應圖源：美國每日科技網站

當熱源足夠熱時，水的行為會發生巨大變化。根據弗吉尼亞理工學院副教授喬納森·博雷科的說法，沉積在加熱到150℃或以上的鋁闆上的水滴将不再沸騰。相反，當液滴接近表面時形成的蒸汽将被困在液滴下方，形成一個緩沖墊，防止液體與表面直接接觸。被困的蒸汽使液體懸浮，像空氣曲棍球一樣在加熱的表面周圍滑動。這種現象被稱為萊頓弗羅斯特效應，于18世紀首次被提出。

水可以以三種狀态存在：固體、液體和氣體。迄今為止，萊頓弗羅斯特效應是一種兩相現象：蒸發的液體或升華的固體懸浮在其蒸氣上。

博雷科實驗發現，即使鋁加熱到150℃以上，冰也不會像液體那樣懸浮在蒸氣上。他繼續提高溫度後發現，懸浮的門檻要高得多：550℃。在達到這個門檻之前，冰下的融水繼續在與表面直接接觸的情況下沸騰，而不會表現出萊登弗羅斯特效應。

研究發現，冰下融水層的溫差導緻沸騰時間延長。融水層有兩個不同的極端：它的底部沸騰，這将溫度固定在大約100℃，但它的頂部附着在剩餘的冰上，這将它固定在大約0℃。實驗模型揭示出，保持這種極端溫差消耗了表面的大部分熱量，這解釋了為什麼懸浮對冰來說更困難。

對于冰的萊登弗羅斯特效應來說，550℃的高溫條件非常重要。當加熱時，冰塊懸浮而非接觸于表面，不會造成熱量蒸發。

熱傳遞在冷卻計算機服務器或汽車發動機方面可發揮巨大作用，在冶金方面也有潛在的應用。例如，為了生産合金，有必要對在狹窄的時間窗口内成形的金屬進行淬火，使金屬變得更堅固，而不脆化。如果應用冰，它将允許熱量通過這三個水相（固态、液态、氣态）迅速釋放，從而迅速冷卻金屬。

編輯：王宇

審核：嶽靓

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