Вчені пояснили незвичайну поведінку крапель води на покритій маслом поверхні

0
13

Крапля води легко і швидко «ковзає» по розпеченій поверхні сковороди. Ця поведінка добре відома і вивчена. Його пов’язують з ефектом лейденфроста: якщо поверхня нагріта вище точки кипіння рідини, під краплею моментально утворюється прошарок пари. Вона уповільнює випаровування самої краплі і знижує тертя між нею і поверхнею, дозволяючи рухатися по ній, немов по льоду. Цікаво, що ефект лейденфроста проявляється і в такій далекій області, як поява араніеформ — «павукоподібних» геологічних утворень на марсі.

Однак, якщо сковорода покрита маслом, температура кипіння якого набагато вище, парової прошарку не з’являється. Проте краплі ковзають по такій поверхні набагато легше, ніж по чистій. Спостереження показують, що швидкість їх може бути в 10 і навіть в 100 разів вище. Пояснити подібний ефект вдалося лише недавно. Про це розповідається в статті кріпи варанасі (kripa varanasi) і його колег з массачусетського технологічного інституту (mit), опублікованій в журналі physical review letters.

© kripa varanasi, victor leon, mit

Вчені провели спостереження за допомогою мікроскопа і високошвидкісної відеокамери, здатної знімати до 100 тисяч кадрів в секунду. Виявилося, при відповідних значеннях температури, в’язкості і товщини жирного шару масло утворює тонке покриття на краплі. Температура кипіння цього покриття набагато вище, ніж у води. Тому, коли вона починає випаровуватися-перш за все з нижньої сторони, яка знаходиться ближче до розпеченої поверхні, — під шаром масла утворюються крихітні бульбашки.

Нерівномірні горби знижують зчеплення краплі з поверхнею. До того ж ці заповнені парою порожнини ускладнюють передачу тепла і ще створюють температурні неоднорідності, які викликають вібрацію краплі і полегшують її рух. При цьому тиск всередині таких бульбашок швидко зростає, поки масляний шар не розривається. Вириваючись назовні, пара штовхає краплю вперед за допомогою реактивної тяги, немов повітря, що вилітає з продірявленого кульки.

Автори сподіваються, що виявлений ефект знайде застосування в мікрофлюїдиці, дозволяючи прискорити рух мікроскопічних крапель рідини. Кипіння води і утворення бульбашок пари починаються в певних ділянках краплі — центрах нуклеації. Вчені вважають, що незабаром вони навчаться контролювати положення цих центрів і в підсумку зможуть точно управляти рухом киплячих крапель на масляній поверхні.