① 用冰燒水科學家發現新「不粘鍋」效應
你知道如何讓一口普通鍋變身「不粘鍋」嗎?當將其燒得很熱時,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。
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 或以上的鋁板上的水滴將不再沸騰。相反,當液滴接近表面時形成的蒸汽將被困在液滴下方,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,於18世紀首次被提出。
水可以以三種狀態存在: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致沸騰時間延長。融水層有兩個不同的極端:它的底部沸騰,這將溫度固定在大約100 ,但它的頂部附著在剩餘的冰上,這將它固定在大約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。
對於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,冰塊懸浮而非接觸於表面,不會造成熱量蒸發。
熱傳遞在冷卻計算機伺服器或 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,為了生產合金,有必要對在狹窄的時間窗口內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,它將允許熱量通過這三個水相(固態、液態、氣態)迅速釋放,從而迅速冷卻金屬。
② 怎樣使用冰燒開水
通常情況,冰只能使水冷卻,不能使水沸騰。但在特殊條件下,冰能使水沸騰。
在燒瓶內灌半瓶水,放在火上加熱,待水沸騰後將燒瓶從火上取下並用塞子將瓶口塞住,這時沸騰停止了,把瓶倒過來在瓶底上放一些碎冰時,立刻看到水又重新沸騰起來。
液體的沸點與液面上空氣的壓強有關。壓強高,沸點高,壓強低,沸點低。當我們把瓶口塞住時,瓶中只有滾熱的水和水蒸氣,瓶中的空氣幾乎全被水蒸氣趕跑了,液面上只有蒸氣壓強,沒有空氣壓強。在瓶底放上碎冰後,瓶底冷卻使水蒸氣凝結為水滴,因此水面上壓強降低,沸點也降低,所以,水又重新沸騰起來。
③ 如何化冰去燒水
表演前找一塊冰,放在保溫瓶里備用,同時再准備一隻盛有半瓶水的帶塞的燒瓶、一個酒精燈、一個鐵架台和一盒火柴。到表演時,表演者用酒精燈加熱盛在燒瓶里的水,水沸騰後,移去火源,並用瓶塞把瓶口塞緊,再把燒瓶倒放在鐵架台上。接下來,表演者從保溫瓶里取出冰塊,放在燒瓶的瓶底上。觀眾會看到,冰塊漸漸融化。而就在此時,奇跡出現了,冰的溶化使不再沸騰的水又沸騰起來了。
魔術原理:當放在杯底的冰溶化的時候,會吸收熱量使瓶中空氣的溫度降低。由於空氣的體積不變,所以瓶中的氣壓就跟著減小。而水的沸點隨著它所受的壓強的降低而降低,因此水又沸騰了,不過此時的沸點已不是原來的沸點。