Een paar coole Leidenfrost-effect wetenschappelijke demonstraties om te proberen

Het Leidenfrost-effect is genoemd naar Johann Gottlob Leidenfrost, die het fenomeen beschreef in Een traktaat over enkele eigenschappen van gewoon water in 1796.

In het Leidenfrost-effect is een vloeistof in de buurt van een oppervlak veel heter dan het koken van de vloeistof punt zal een laag damp produceren die de vloeistof isoleert en fysiek scheidt van de oppervlakte.

In wezen, hoewel het oppervlak veel heter is dan de kookpunt van de vloeistof, het verdampt langzamer dan wanneer het oppervlak dichtbij het kookpunt was. De damp tussen de vloeistof en het oppervlak voorkomt dat de twee in direct contact komen.

Het is niet eenvoudig om de precieze temperatuur te bepalen waarbij het Leidenfrost-effect een rol speelt - het Leidenfrost-punt. Als u een druppel vloeistof op een oppervlak plaatst dat koeler is dan het kookpunt van de vloeistoffen, zal de druppel plat worden en opwarmen. Aan het kookpunt kan de druppel sissen, maar hij zal op het oppervlak zitten en in een damp koken.

Op een punt hoger dan het kookpunt verdampt de rand van de vloeistofdruppel onmiddellijk, waardoor de rest van de vloeistof tegen contact wordt opgevangen. De temperatuur is afhankelijk van veel factoren, waaronder luchtdruk, het volume van de druppel en de oppervlakte-eigenschappen van de vloeistof.

Het Leidenfrost-punt voor water is ongeveer tweemaal het kookpunt, maar die informatie kan niet worden gebruikt om het Leidenfrost-punt voor andere vloeistoffen te voorspellen. Als u een demonstratie geeft van het Leidenfrost-effect, kunt u het beste een oppervlak gebruiken dat dat wel is veel heter dan het kookpunt van de vloeistof, dus u weet zeker dat deze heet genoeg is.

Er zijn verschillende manieren om het Leidenfrost-effect te demonstreren. Demonstraties met water, vloeibare stikstof en gesmolten lood komen het meest voor.

De eenvoudigste manier om het Leidenfrost-effect te demonstreren is door waterdruppels op een hete pan of brander te strooien. In dit geval heeft het Leidenfrost-effect een praktische toepassing. U kunt het gebruiken om te controleren of een pan al dan niet heet genoeg is om te gebruiken om te koken zonder uw recept te riskeren op een te koele pan!

Het enige wat u hoeft te doen is een pan of brander opwarmen, uw hand in het water steken en de pan met waterdruppels besprenkelen. Als de pan heet genoeg is, zullen de waterdruppels wegschieten van het contactpunt. Als je de temperatuur van de pan regelt, kun je deze demonstratie ook gebruiken om het Leidenfrost-punt te illustreren.

Waterdruppels worden plat op een koele pan. Ze worden vlak bij het kookpunt bij 100 ° C of 212 ° F plat en koken. De druppels blijven zich op deze manier gedragen totdat je het Leidenfrost-punt bereikt. Bij deze temperatuur en bij hogere temperaturen is het Leidenfrost-effect waarneembaar.

De gemakkelijkste en veiligste manier om het Leidenfrost-effect te demonstreren vloeibare stikstof is om een ​​kleine hoeveelheid ervan op een oppervlak, zoals een vloer, te morsen. Elk oppervlak op kamertemperatuur ligt ruim boven het Leidenfrost-punt voor stikstof, dat een kookpunt heeft van −195,79 ° C of −320,33 ° F. Druppels stikstof verspreiden zich over een oppervlak, net zoals waterdruppels op een hete pan.

Een variatie op deze demonstratie is om een ​​kopje vloeibare stikstof in de lucht te gooien. Dit kan voor het publiek worden gedaan, hoewel het over het algemeen onverstandig wordt geacht om deze demonstratie voor kinderen uit te voeren, omdat jonge onderzoekers de demonstratie misschien willen escaleren. Een kopje vloeibare stikstof in de lucht is prima, maar een kopje of groter volume dat rechtstreeks naar een ander wordt gegooid, kan leiden tot ernstige brandwonden of ander letsel.

Een riskantere demonstratie is om een ​​kleine hoeveelheid vloeibare stikstof in de mond te stoppen en rookwolken van vloeibare stikstofdamp uit te blazen. Het Leidenfrost-effect is hier niet zichtbaar - het beschermt het weefsel in de mond tegen beschadiging. Deze demonstratie kan veilig worden uitgevoerd, maar er is een risico, aangezien inname van vloeibare stikstof fataal kan zijn.

De stikstof is niet giftig, maar bij verdamping ontstaat een gigantische gasbel, die weefsel kan scheuren. Weefselschade door de kou kan het gevolg zijn van inname van een grote hoeveelheid vloeibare stikstof, maar het belangrijkste risico is de druk van stikstofdamping.

Geen van de demonstraties met vloeibare stikstof van het Leidenfrost-effect mag door kinderen worden uitgevoerd. Dit zijn demonstraties voor volwassenen. De mond vol vloeibare stikstof wordt voor iedereen afgeraden vanwege de kans op een ongeluk. U ziet het echter mogelijk gedaan en het kan veilig en zonder schade worden gedaan.

Je hand in gesmolten lood steken is een demonstratie van het Leidenfrost-effect. Hier is hoe het te doen en niet verbrand te worden!

De opzet is vrij eenvoudig. De demonstrator maakt zijn of haar hand nat met water en doopt deze in en onmiddellijk uit gesmolten lood.

Het smeltpunt van lood is 327,46 ° C of 621,43 ° F. Dit is ruim boven het Leidenfrost-punt voor water, maar niet zo heet dat een zeer korte geïsoleerde blootstelling weefsel zou verbranden. In het ideale geval is het vergelijkbaar met het verwijderen van een pan uit een zeer hete oven met behulp van een hete pad.

Deze demonstratie mag niet worden uitgevoerd door kinderen. Het is belangrijk dat de lead net boven het smeltpunt ligt. Houd er ook rekening mee lood is giftig. Smelt geen lood met kookgerei. Was uw handen grondig na het uitvoeren van deze demonstratie. Elke huid niet beschermd door water zal worden verbrand.

Persoonlijk zou ik aanraden om een ​​enkele bevochtigde vinger in de riem te steken en niet een hele hand om het risico te minimaliseren. Deze demonstratie kan veilig worden uitgevoerd, maar brengt risico's met zich mee en moet waarschijnlijk helemaal worden vermeden. De aflevering "Mini Myth Mayhem" uit 2009 van de televisieshow MythBusters laat dit effect goed zien en zou geschikt zijn om aan studenten te laten zien.