El efecto Leidenfrost es un fenómeno físico bien conocido descubierto por primera vez en 1756. Ocurre cuando un líquido se encuentra en las proximidades de una superficie que es significativamente más caliente que su punto de ebullición. Esto produce una capa de vapor aislante que evita que el líquido hierva rápidamente. Debido a este efecto, una gota flotaría sobre la superficie en lugar de tocarla físicamente.

Si bien el efecto Leidenfrost se descubrió hace siglos, las temperaturas informadas a las que comienza a formarse la capa de vapor varían significativamente de un estudio a otro. Por lo tanto, muchos físicos de todo el mundo han continuado examinando este fenómeno para comprender mejor cuándo y cómo ocurre.

Investigadores de la Universidad de Emory han demostrado recientemente que las capas de vapor de Leidenfrost pueden mantenerse a temperaturas mucho más bajas que las requeridas para su formación. Sus hallazgos, publicado en Cartas de revisión física , podría tener implicaciones tanto teóricas como prácticas para varias áreas de la física.

"Mi laboratorio ha estado trabajando en el efecto Leidenfrost durante muchos años, "Justin C. Burton, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Nuestro trabajo anterior se centró en la interesante dinámica de las gotas levitadas de Leidenfrost, como se mueven, cómo oscilan, etc. Esto generalmente se hacía a temperaturas muy altas, donde la fina capa de vapor que existe entre la gota y la superficie caliente es bastante robusta, aunque la capa de vapor tiene aproximadamente el grosor de un cabello humano ".

Si bien los estudios anteriores llevados a cabo por Burton y sus colegas obtuvieron información interesante, Aún quedaba una pregunta crucial abierta:¿cuál es la temperatura de Leidenfrost? En otras palabras, la temperatura exacta requerida para que la capa de vapor se forme sobre una superficie y para que se mantenga en el tiempo no estaba clara.

Los físicos aún no han descubierto con certeza cómo la capa de vapor finalmente se disipa, sin embargo, observaron que su disipación está acompañada por el líquido que toca la superficie sólida y rápido, ebullición explosiva. Además de informar la investigación en física, proporcionar una respuesta a estas preguntas también sería valioso para varias industrias que utilizan objetos calientes fríos e incluso para las ciencias planetarias que exploran fenómenos como las erupciones freatomagmáticas.

"Nos propusimos responder a estas preguntas utilizando una técnica eléctrica para monitorear con precisión el grosor de la capa de vapor durante la formación, y cuando el material caliente se enfrió, todo el camino hasta que la capa de vapor colapsó espontáneamente, "Burton explicó." Al agregar un poco de sal al agua, el líquido actuó como parte de un circuito eléctrico, y la fina capa de vapor actuó como condensador. Esto nos permitió monitorear la capa de vapor a alta velocidad, milisegundos antes y después del momento del colapso ".

Además de recolectar varias medidas de la capa de vapor, Burton y sus colegas utilizaron video de alta velocidad para examinar el momento exacto en el que colapsa la capa. Asombrosamente, encontraron que mientras se forma una capa de vapor alrededor de un objeto metálico caliente sumergido en agua, hay que calentarlo hasta ~ 240 grados C, esta misma capa de vapor puede permanecer estable a medida que el objeto se enfría a ~ 140 grados C. Además, la temperatura más baja a la que se mantuvieron las gotitas en levitación no dependió de la concentración de sal o del tipo de metal utilizado en el experimento.

"Creo que el hallazgo más notable de nuestro trabajo es que parece haber una temperatura más baja para mantener la estabilidad de las capas de vapor de Leidenfrost, y que hay una 'temperatura superior' para la formación y una 'temperatura más baja' para la falla, ", Dijo Burton." Este es un hallazgo muy práctico que irá más allá de la física básica ".

En el futuro, los resultados recopilados por este equipo de investigadores podrían informar la investigación en una amplia variedad de campos. De hecho, la física de la delgadez, lubricar las capas de líquido y gas es un tema de investigación constante en muchas áreas, del estudio de la fricción a los tejidos blandos, Refrigeración a nanoescala y microfluidos.

"Actualmente estamos realizando una serie de simulaciones numéricas para comprender cómo la estabilidad de la capa de vapor desaparece a la temperatura más baja, ", Agregó Burton." Es una característica muy repetible del experimento, y por tanto debe basarse en hidrodinámica básica. Como cuando se forma una gota de lluvia en una hoja y a medida que se agranda, eventualmente se caerá. Esta inestabilidad es causada por un exceso de fuerzas gravitacionales sobre las fuerzas de tensión superficial, sin embargo, actualmente no sabemos cómo la capa de vapor se volvió inestable en nuestro experimento ".

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