Вчені виявили спосіб, який дозволяє замороженим дискам льоду самостійно рухатися по металевій поверхні з різноманітними візерунками, згідно з новим дослідженням, опублікованим у журналі ACS Applied Materials and Interfaces. Це останнє досягнення команди механічного інженера Джонатана Борейко з університету Вірджинія Тек.
Ефект Лейденфроста
Кілька років тому, лабораторія Борейка експериментально підтвердила ефект Лейденфроста у трьох фазах води: парі, рідкій та льодяній. Ефект Лейденфроста виникає, коли кілька крапель води потрапляють на дуже гарячу сковороду. Краплі, які виникають, піднімаються вгору, ковзаючи по пані з великим азартом. Якщо температура поверхні досягає щонайменше 400° за Фаренгейтом (значно вище температури кипіння води), то під краплями формуються подушки з водяної пари, які підтримують їх у піднятій позиції. Цей ефект також спостерігається з іншими рідинами, включаючи олії та спирти, але температура, при якій він проявляється, буде різною.
Лабораторія Борейка виявила, що цей ефект можна досягти і в льоду, просто розмістивши тонкий плоский диск льоду на нагрітому алюмінієвому поверхні. Коли пластина нагрівалася вище 150° C (302° F), лід не піднімався над парою так, як це робила рідка вода. Натомість, щоб досягти підйому льоду, потрібна була значно вища температура — до 550° C (1,022° F). Якщо не досягти цього критичного порогу, вода, що тане під льодом, просто продовжуватиме кипіти, знаходячись в безпосередньому контакті з поверхнею. Перейшовши цей критичний рівень, ви зможете спостерігати ефект Лейденфроста у трьох фазах.
Ключовим моментом є температурна різниця в розтопленій воді безпосередньо під диском льоду. Нижня частина розтопленої води кипить, але верхня частина залишається на приклеєній до льоду. Для підтримки такої екстремальної температурної різниці витрачається багато енергії, що й споживає більшу частину тепла з алюмінієвої поверхні. Ось чому досягти підйому льоду значно складніше. Лід може пригнічувати ефект Лейденфроста навіть при дуже високих температурах (до 550° C), що робить використання льодових часток кращим варіантом для багатьох застосувань, які передбачають швидке охолодження, таких як охолодження в ядерних електростанціях, пожежогасіння або швидке охолодження при формуванні металів.