;
Наука 24 января 2022

Открыто новое свойство теплопередачи воды: его предсказали еще в XVIII веке

Далее

Адъюнкт-профессор Джонатан Борейко и аспирант Моджтаба Эдалатпур сделали открытие о свойствах воды. Результаты новой работы можно применить для охлаждения устройств и процессов в промышленности с помощью свойств воды.

Авторы новой работы заявили, что они сделали открытие в свойствах теплопередачи воды, его можно применить и для практических целей. 

Вода может существовать в трех фазах: лед, жидкость и газ. Если тепло приложить к замерзшему твердому телу, то оно превратится в жидкость. Если нагреть жидкость, то она превратится в пар. Этот элементарный принцип знаком всем. 

Если источник тепла достаточно горячий, то поведение воды резко меняется. По словам Борейко, если нанести каплю воды на алюминиевую пластину, нагретую до 150 °C или выше, то она не будет кипеть. Вместо этого пар, который образуется, когда капля приближается к поверхности, будет находиться под ней — это своего рода подушка, которая предотвращает прямой контакт жидкости с поверхностью.

Захваченный пар заставляет жидкость подниматься в воздух, поэтому она скользит по нагретой поверхности, как шайба для аэрохоккея. Это явление известно как эффект Лейденфроста, его назвали в честь немецкого врача и теолога: в 1751 году он впервые описал подобное свойство. 

Пять лет назад Борейко в форме исследовательского проекта проводил подобные эксперименты со льдом. Когда алюминий нагревался выше 150 °C, лед не поднимался над паром, в отличие от жидкости. Исследователь продолжал повышать температуру и наблюдал за поведением льда. Он обнаружил, что порог левитации был значительно выше: 550 °C, а не 150 °C. Вплоть до этого порога талая вода подо льдом продолжала кипеть при непосредственном контакте с поверхностью, а не проявляла эффект Лейденфроста.

Позже исследователи выяснили, что это происходило из-за разницы температур в слое талой воды подо льдом. В нем есть два состояния: внизу кипение при температуре 100 °C, а вверху примерно 0 °C, так как эта часть жидкости контактирует со льдом. По этой модели стало понятно, почему лед не левитирует в таком состоянии. 

Свойства теплопередачи используют для охлаждения техники: автомобилей и серверов. Для этого требуется вещество или механизм, способный отводить энергию от горячей поверхности, быстро перераспределяя тепло, чтобы уменьшить износ металлических деталей. Новые свойства воды также помогут быстро охладить атомную электростанцию в случае сбоя питания.

Читать далее

Гиперзвуковой самолет на водороде развивает скорость до 12 Махов. Это почти 15 000 км/ч

Посмотрите на первый в мире одноступенчатый орбитальный корабль будущего

Найден способ «оживить» перезаряжаемые литиевые батареи