莱顿弗罗斯特现象

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萊頓弗羅斯特現象下的液體
萊頓弗羅斯特現象的示例

萊頓弗羅斯特現象,又譯作李登弗斯特作用賴登福現象,在1732年為赫爾曼·布爾哈夫(Herman Boerhaave)首次發現,其後在1756年,德國醫生約翰·戈特洛布·萊頓弗羅斯特(Johann Gottlob Leidenfrost)作出更深入的研究,並書於《論普通水的性質》(A Tract About Some Qualities of Common Water)一文之中。[1]液體放在接觸一塊遠超其沸點的物件,液體表面會產生出一層有隔熱作用的蒸氣,令液體沸騰的速度大大減慢。

現實例子[编辑]

把水滴落在滾燙的鐵板上,假若鐵板的溫度僅高於水的沸點(100°C),水會發出嘶嘶聲並迅速沸騰。但當鐵板到達萊頓弗羅斯特點(Leidenfrost point)時,水便會產生萊頓弗羅斯特現象。水珠會在鐵板四處滾動,並緩慢地逐漸蒸發,反而令水珠可以存活更久。

在萊頓弗羅斯特現象下,水珠中跟鐵板接觸的部分會迅速沸騰形成水蒸氣,與此同時水珠尚保持液體的狀態,由於水蒸氣的傳熱比液體水慢得多,蒸氣層阻隔水直接接觸滾燙鐵板並大大降低水滴沸騰的速度。

水的萊頓弗羅斯特點會隨着水中含有的雜質、滾燙物件的材質、水的溫度(由於彭巴效應,冷水可能比熱水更易蒸發)等而改變,粗略量度下水在平底鍋的萊頓弗羅斯特點為約193°C。

廚師在預熱鍋子時,只要落下幾滴水看會否形成水珠,便可得知鍋子是否夠熱。[2]在傳統的過火儀式,參加者會先沾溼雙腳,由於萊頓弗羅斯特現象令水不會快速升溫,使得熱不容易傳到人們的腳,即使人們走在火堆之上,只要不長時間接觸炭火,也不易被燒得火紅的炭火燙傷。另外,依照萊頓弗羅斯特現象的原理,液態氮會在手上迅速沸騰並形成隔熱層,防止手凍傷,因此便可徒手觸摸液態氮。[3][4]流言終結者》(MythBusters)亦曾在節目中利用萊頓弗羅斯特現象,嘗試把手沾溼後放進燒熔的鉛裏。[5]

萊頓弗羅斯特點[编辑]

萊頓弗羅斯特點標示出了進行穩定之薄膜沸騰(film boiling,參見boiling)所需之最低溫度,指的是在沸騰曲線上熱流(heat flux)達最低之一點,同時,液體與熱燙表面之接觸面完全為蒸氣層(vapor blanket)所覆蓋,而此時從熱燙表面向液體所進行之熱傳導是透過此蒸氣層以傳導(conduction)及輻射(radiation)的方式完成。

1756年,萊頓弗羅斯特觀察到,當熱燙表面上的小水滴四處跳動時,水滴的蒸發速度緩慢。隨著表面溫度再度提高,熱輻射的效應會變得比熱傳導更為顯著,因此這時再提高溫度,熱流會上升。一水平表面之熱流最低點可由Zuber's equation推導而來:

{{\frac{q}{A}}_{min}}=C{{h}_{fg}}{{\rho }_{v}}{{\left[ \frac{\sigma g\left( {{\rho }_{L}}{\rho }_{v}} \right)}{{{\left( {{\rho }_{L}}+{{\rho }_{v}} \right)}^{2}}} \right]}^{{}^{1}\!\!\diagup\!\!{}_{4}\;}}

其數值是由飽和溫度所決定。其中C為Zuber常數,於適當的壓力之下大部分的液體C值約為0.09。

參見[编辑]

參考文獻[编辑]

外部連結[编辑]