لایدن فروست چیست؟

به گزارش خبرنگار ایمنا، پدیده «لایدن فروست» که تحت عنوان «جوش فیلم» نیز شناخته می‌شود، پدیده‌ای است که رفتار مایعات را در هنگام قرارگیری در نقطه‌ای با دمای بسیار بالا مورد بررسی قرار می‌دهد؛ درواقع هنگامی که مایع در نقطه‌ای با دمای بسیار بالاتر از نقطه جوش خود قرار می‌گیرد، لایه‌ای از بخار اطراف آن را فرامی‌گیرد و به علت پایین بودن رسانای گرمایی گاز، مایع از جوش آمدن سریع حفاظت می‌شود.

پدیده لایدن فروست معمولاً در پخت و پز بسیار دیده می‌شود؛ اگر دمای ظرف بیشتر از نقطه لایدن فروست آب که تقریباً ۱۹۳ درجه سانتی‌گراد است، باشد این پدیده قابل مشاهده است. این پدیده عامل حرکت و تبخیر نشدن سریع نیتروژن مایع هنگامی ریختن روی زمین نیز است. پدیده لایدن فروست برای انجام فعالیت‌های عجیبی مانند دست‌زدن به آتش یا سرب مذاب نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ البته پیش‌بینی دمای شروع اثر لایدن فروست ساده نیست، حتی اگر حجم قطره مایع ثابت بماند لایدن فروست ممکن است کاملاً متفاوت باشد.

پدیده لایدن فروست به دلیل اینکه برای نخستین‌بار در سال ۱۷۵۶ توسط «یوهان گوتلو لایدن فروست» بررسی شد به نام وی ثبت شده است. برای شناخت بیشتر پدیده لایدن فروست و بررسی علل رخ‌دادن این پدیده با عرفان تمنده، کارشناس ارشد فیزیک پلاسما گفت‌وگویی انجام داده‌ایم که در ادامه می‌خوانید:

اثر لایدن فروست چیست؟

اثر لایدن فروست ( Leiden frost effect) که در زبان‌های مختلف با تلفظ‌های گوناگونی شناخته می‌شود، یکی از مباحث شیمی فیزیک است و نقطه جوش مایعات را مورد بررسی قرار می‌دهد. این پدیده که تحت عنوان جوش فیلم نیز شناخته می‌شود، هنگامی مورد توجه قرار می‌گیرد که مایع روی نقطه‌ای با دمایی بالاتر از نقطه جوش مایع مورد نظر قرار می‌گیرد؛ به بیانی دیگر این پدیده رفتاری را بررسی می‌کند که مایع در هنگام قرار گرفتن در دمای بسیار بالا از خود نشان می‌دهد.

رفتار مایع طبق پدیده لایدن فروست چگونه است؟

در پدیده لایدن فروست وقتی مایعی روی نقطه‌ای قرار می‌گیرد که دمای آن بسیار بالاتر از نقطه جوش مایع مد نظر است، لایه‌ای از بخار اطراف مایع را می‌پوشاند و عملاً یک سپر گازی دور آن را تشکیل می‌دهد. هنگامی که لایه گازی اطراف مایع را می‌پوشاند به دلیل اینکه گاز رسانای گرمایی پایینی دارد مایع مورد نظر با اینکه نقطه جوش پایینی دارد، اما به کندی جوش می‌آید، زیرا گاز اطراف آن از رسیدن گرما به مایع جلوگیری می‌کند.

آیا پدیده لایدن فروست تنها در شرایط خاص ر خ می‌دهد؟

خیر؛ یکی از فعالیت‌هایی که طی آن پدیده لایدن فروست مشاهده می‌شود، پخت و پز است؛ اگر اثر لایدن فروست را برای آب در نظر بگیریم، هنگامی که ظرفی را بیش از نقطه لایدن فروست آب (حدود ۱۹۳ درجه) حرارت دهیم و داخل آن ظرف آب بریزیم، اثر لایدن فروست را مشاهده خواهیم کرد.

آیا نقطه لایدن فروست برای تمام مایعات یکسان است؟

خیر؛ نقطه لایدن فروست برای آب تنها در حدود ۱۹۳ درجه سانتی‌گراد است، اما این دما برای مایعات دیگر متغیر است.

چه نمونه‌هایی برای اثر لایدن فروست وجود دارد؟

قطعاً کسانی که فعالیت در آزمایشگاه‌های فیزیکی را تجربه کرده‌اند با نیتروژن مایع آشنا هستند. هنگامی که نیتروژن مایع روی زمین ریخته می‌شود ذرات آن به سرعت حرکت می‌کند و به صورت قطره قطره روی زمین پخش می‌شود که این اتفاق، دقیقاً نمایانگر اثر لایدن فروست است و دلیل رخ دادن این اتفاق بالاتر بودن دمای زمین از نقطه جوش نیتروژن است.

اثر لایدن فروست چگونه نام‌گذاری شد؟

در سال ۱۷۵۶ میلادی یوهان لایدن فروست پدیده دمایی بالاتر از نقطه جوش مایعات را مورد بررسی قرار داد و به دلیل آزمایشات متعددی که وی پیرامون این پدیده انجام داد، این اثر به نام خود لایدن فروست ثبت شد.

علل اتفاق افتادن اثر لایدن فروست چیست؟

در فیزیک علت رخ‌دادن اثر لایدن فروست مشخص شده است؛ اگر بخواهیم علت این اثر را برای آب بررسی کنیم باید ظرفی را بررسی کنیم که دمای آن از نقطه جوش آب بسیار بالاتر است در این هنگام اگر قطره‌ای آب با ظرف حرارت داده شده، برخورد کند قسمت پایینی آن بخار شده و مانند یک حفاظ از برخورد قسمت‌های بالایی قطره به سطح جلوگیری کرده و باعث می‌شود که مایع به کندی جوش بیاید.

آیا نقطه لایدن فروست ثابت است؟

خیر؛ دمای لایدن فروست عدد ثابتی نیست و نمی‌توان گفت که این پدیده برای یک مایع خاص در دمای مشخصی رخ می‌دهد. به‌دست آوردن نقطه لایدن فروست بسیار دشوار و پیچیده است و به موارد مختلفی از جمله ساختار سطحی که مایع در آن قرار می‌گیرد و مقدار ناخالصی‌های مایع مورد نظر بستگی دارد؛ البته طی مطالعات دقیقی که خود لایدن فروست پیرامون قطره آب انجام داده است، امکان دارد دمای ۱۹۳ درجه برای آب ثابت باشد.

اثر لایدن فروست چه کاربردی دارد؟

اثر لایدن فروست در مباحث مختلفی کاربرد دارد و به طور کلی در توسعه Spectroscopy یا طیف‌سنجی و جرم محیط هنگامی که حساسیت بسیار بالایی نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.