當(dāng)熱源足夠熱時(shí),水的行為會發(fā)生巨大變化。弗吉尼亞理工大學(xué)副教授喬納森·博雷科表示,當(dāng)水滴在加熱到150 攝氏度或更高的鋁板上時(shí),它就不再沸騰。當(dāng)液滴接近鋁表面時(shí),形成的蒸氣被捕獲在液滴下方,形成緩沖層,防止液體與表面直接接觸。滯留的蒸汽導(dǎo)致液體懸浮,像空氣曲棍球棒一樣在加熱表面上滑動。這種現(xiàn)象被稱為萊頓弗羅斯特效應(yīng),最早于18 世紀(jì)提出。
水可以以三種狀態(tài)存在:固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。到目前為止,萊頓弗羅斯特效應(yīng)是一種兩相現(xiàn)象:蒸發(fā)液體或升華懸浮在其蒸氣上的固體。
博雷科的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),即使鋁被加熱到150以上,冰也不會像液體一樣懸浮在蒸氣上。當(dāng)他繼續(xù)提高溫度時(shí),他發(fā)現(xiàn)懸浮的閾值要高得多:550C。在達(dá)到這個(gè)閾值之前,冰下的融水在與地表直接接觸的情況下繼續(xù)沸騰,而不會表現(xiàn)出萊頓弗羅斯特效應(yīng)。
研究發(fā)現(xiàn),冰下融水層的溫差導(dǎo)致沸騰時(shí)間更長。融水層有兩個(gè)不同的極端:其底部沸騰,將溫度固定在約100C,但其頂部附著于剩余的冰,將溫度固定在約0C。實(shí)驗(yàn)?zāi)P捅砻?,維持如此極端的溫差會消耗地表的大部分熱量,這解釋了為什么冰的懸浮更加困難。
對于冰的萊頓弗羅斯特效應(yīng)來說,550的高溫條件非常重要。加熱時(shí),冰漂浮而不是接觸表面,從而防止熱量蒸發(fā)。
傳熱在冷卻計(jì)算機(jī)服務(wù)器或汽車發(fā)動機(jī)方面發(fā)揮著巨大作用,并且在冶金方面也有潛在的應(yīng)用。例如,為了生產(chǎn)合金,金屬需要淬火,使其變得更強(qiáng)而不變脆。如果使用冰,它將使熱量通過3種水相(固體、液體、氣體)快速釋放,從而快速冷卻金屬。