193°C(379°F) 이상에서 꽃병에 담긴 물에 마법 같은 일이 일어납니다.

소위 라이덴프로스트 효과(Leidenfrost effect)는 뜨거운 표면에 물을 뿌릴 때 물방울이 증기층의 표면 위로 떠오릅니다. 그들은 낮은 온도(그러나 여전히 끓는점 이상)에 있을 때보다 잠시 또는 두 번 더 계속 소용돌이치고 증발하기 전에 팬을 가로질러 미끄러집니다.

이것은 온도가 각 특정 액체의 끓는점보다 훨씬 높은 한 모든 다른 유형의 액체에 발생합니다. 그러나 연구원들은 훨씬 더 흥미로운 사실을 발견했습니다. 이 효과는 서로 다른 액체의 두 방울 사이에서도 발생하여 서로 튕겨 나갈 수 있다는 것입니다.

제1저자인 푸에블라 대학의 물리학자인 Felipe Pacheco Vázquez가 이끄는 연구팀은 물, 에탄올, 메탄올, 클로로포름, 포름아미드, 그리고 각 유체 그룹에서 두 방울이 즉시 한 방울로 “결합”되는지, 아니면 연속적으로 다시 튀어오르는지(서로 여러 번 튕겨짐) 분석했습니다.

그들은 약간의 내부 경사가 있는 작은 금속판을 사용하여 액체의 끓는점보다 훨씬 높은 250°로 가열하여 이를 수행했습니다(아세톤의 경우 50°C에서 실험실 고도 포름아미드의 경우 146°C 범위). ).

그런 다음 파란색으로 물들인 작은 방울에 한 방울의 큰 액체를 가하고 무슨 일이 일어나는지 관찰했습니다. 같은 종류의 액체나 끓는점이 비슷한 액체의 두 방울이 판의 가장 낮은 지점에서 서로 미끄러지면서 즉시 합쳐지는 경우도 있습니다.

다른 사람들은 병합하기 전에 시간이 걸렸습니다. 그들은 큰 방울에서 튀는 작은 방울과 많이 닮았습니다. 아래 비디오에서 에탄올(작은 방울)과 물(큰 방울) 사이에서 이것을 볼 수 있습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=sqWzhzhAE8o

“직접 융합은 몇 밀리초 동안 계속되며, 주로 동일한 액체(예: 물-물) 또는 유사한 특성의 액체(예: 에탄올-이소프로판올)의 방울에서 관찰되었습니다.” 팀은 새 종이에 씁니다.

대조적으로, 물-에탄올 또는 물-아세토니트릴과 같은 특성 차이가 큰 액적은 최종적으로 합체하는 임계 크기에 도달할 때까지 증발하면서 몇 초 또는 몇 분에 걸쳐 계속 튕깁니다.”

결국, 더 빨리 증발하는 액체가 특정 부피로 수축한 후 두 방울이 결합되어 “폭발”합니다. 두 방울이 아닌 약간 더 큰 액체 혼합물 하나가 스케이팅됩니다.

아래 표에서 두 액체 중 하나가 결합되었는지(c), 반발했는지(r), 둘 모두를 혼합했는지(c/y), 또는 특별한 경우 혼합할 수 없기 때문에 별도의 단계에 남아 있는지(x ).

두 방울의 라이덴프로스트가 충돌한 결과입니다. (Pacheco Vazquez et al., PRL, 2021)

연구팀은 이 바운스가 실제로 “라이덴프로스트 삼중 효과(Leidenfrost triple effect)”라고 제안하는데, 이 방울은 열판 표면의 절연 증기층에서 끝날 뿐만 아니라 두 방울 사이에서도 끝난다.

“리바운드 역학은 액적이 기질과 함께 라이덴프로스트 상태에 있을 뿐만 아니라 충돌하는 순간 그들 사이에서 라이덴프로스트 효과를 경험하기 때문에 생성됩니다.” 팀이 씁니다.

“이것은 끓는 온도가 다르기 때문에 발생하며, 따라서 더 뜨거운 딥은 끓는점이 낮은 방울의 뜨거운 표면으로 작용하여 Leidenfrost 상태에서 동시에 3개의 접촉 영역이 생성됩니다. 우리는 이 시나리오를 삼중 Leidenfrost 효과라고 불렀습니다.”

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