⚛ 莱顿弗罗斯特效应

Why not using ice to boil water by applying Leidenfrost Effect!

本来今天小U想继续走宇宙线路，但是吧……”嗝~”

临近除夕，爪爪和肚肚劫持了脑袋🧠要求以吃为重，迫于“淫威”，这一吃就根本停不下来啦

“你说这沙糖桔吧，你说它看起来挺大一袋子的，但怎么真正一动起来，他也不行啊~”，爪爪如是说到

“要我说啊，这玩意儿肯定是伪装成沙糖桔的’新型毒品’，咋就那么上瘾呢”，肚肚附和道，”但是吧就算真的是，干完了再说”

“你俩真就干饭人本质了是吧，今天的正事儿还没干呢，快别吃桔子啦”，脑子强行镇静，但嚼了炫迈根本停不下来，”快来看看这正在油锅里炸得金黄里翠的酥肉！”

“🐧切，脑袋里的干饭人本质暴露无遗”，爪爪和肚肚小声喃喃，旋即迅速转向簸箕盛装的酥肉
努力扒拉了一阵子后……

“高温油炸食品虽然不太健康，但外酥里嫩是真滴香！但要不用油就好了”，肚肚品鉴说

“不用油怎么才能外酥里嫩啊，难道用水吗？就介温度，水早气化勒，我就是个工具人，而你呀就是占尽了好处还想贪得无厌”，爪爪没好气地回应

“咦~水早气化了，这么说好像对，但好像也不对，似乎少了点儿什么”，脑子独自努力回想着

…

它，想到的是2021年的夏天，那是中二所的开放日，它的好朋友👀眼睛看到了惊喜的一幕————颗颗水珠在热锅上弹跳着、跑动着，像有那磁悬浮的魔力般，并没有化身成天空中的朵朵云彩……

它，没想起的是，在2021年的寒假，它的好朋友爪爪和眼睛，互相配合着，一笔一划、一板一眼地，将这个神奇的现象背后的原理，书写在了一个写满生活奇妙现象的小本本上……

时隔一年，它或许只是忘记了，也或许并没有忘记，因为就在一年后的今时今日，还是它的两位好朋友，相互配合着，只不过这一次不再是一笔一划、一板一眼，替代的，是一点一键、一字一句，抒写在全新的平台上……

What is Leidenfrost Effect

莱顿弗罗斯特效应是一种常见的物理现象.

当液体所处接触面的温度显著高于该液体的沸点时，就会产生一层绝热的蒸气层防止液体迅速沸腾.真是因为有这样一种排斥力的存在，液体将在接触表面悬浮，而并不与接触面发生实际的物理接触

在我们下厨时很容易产生莱顿弗罗斯特效应.当液体喷洒在热平底锅上时，如果平底锅的温度达到了莱顿弗罗斯温点，对于水来说大致在193℃，液体会在平底锅上飞掠而过，并且完全蒸发所需要的时间相对于在温度较低的平底锅而言要长得多

这是因为在莱顿弗罗斯特点以上的温度时，水滴的底部在与热锅接触时立即汽化，由此产生的气体将剩余的水滴悬浮在其上方，防止液态水与热锅进一步直接接触，由于蒸汽的导热性比金属锅差得多，因此锅和液滴之间的进一步传热速度大大减慢，这也是为什么液珠可以在平底锅上自由滑行的原因

到这儿，你已经拥有在热锅上炫酷弹弹珠的理论基础啦

How can I play marble at will

在上一小节，你已经知道只要锅的温度高于水的莱顿弗罗斯特点193℃，就可以实现在热锅上自由地弹水珠！

仔细回想起小时候在地上玩的弹珠，那弹珠的花样可多哩，什么颜色繁多，什么内部还有装饰！这可馋坏了只能弹水珠的孩子，为了增加乐趣，这能不能弹弹别的液珠？

当然理论上能！只要我们能够找到所选液体的莱顿弗罗斯特点，但是这有个小小的问题，莱顿弗罗斯特效应出现时的温度是很难预测的，即使液滴的体积保持不变，莱顿弗罗斯特点可能会有很大的不同，这与表面性质以及液体中的任何杂质有着复杂的关系，特就是说，想要稳定地弹弹珠还是有点儿困难

但办法总是有的~

考虑到下面的内容稍微有点儿硬核，不妨将其放在本文的附注中，有兴趣的读者可以看看^[1]

What if we play marbles with two liquids

感受完在热锅上弹水珠的快乐后想不想来点儿新的花样？比如说，碰碰车！让水珠和乙醇对撞叭！

“等等，不行啊，你这碰碰车的快乐不持久啊，互溶的两种液体撞在一起不就混合扩散了吗？不行不行，咋想想别的花样”

“别着急，你快来看看，可好玩了”

“??????，你这为啥还能反复弹跳”

“快来看看更好玩的~”

“啊这！这咋还冒烟呢，ヽ(*。>Д<)o゜”

“这还整更刺激的大场面呢O(∩_∩)O”

“我炸裂了，这都是什么离谱的事儿啊，⊙﹏⊙”

按照常理，我们不约而同地会认为两种可溶的液体之间发生接触后，应该相互融合才有道理. 道理本身并没有问题，只不过这里出现的是Triple Leidenfrost Effect三重莱顿弗罗斯特效应————当两滴不同的液体被置于一个热表面之上时，它们不会相互合并，而是会出现来回反弹的现象

回顾一下前面的莱顿弗罗斯特效应，我们之所以能够看到水珠在热锅上自由自在的溜冰，是因为在液体和接触面之间，形成了一层莱顿弗罗斯特层，即蒸气层. 这层蒸气层基本是绝热的，可以有效减缓上层液体的沸腾，延长蒸发时间

不同液体当然也能独自地开心滑冰，但为什么发生碰撞时并没有立刻融合，而是开心地玩起了碰碰车，这是一个十分有趣的现象

研究人员对11种不同的液体进行了大量重复测试，他们发现————当滴落在高温铝板上的两种液滴来自相同的液体，或者来自两种沸点相近的液体时，液滴会在几毫秒内直接合并；而当滴落在高温铝板上的两种液滴属于两种沸点相差很大的液体时，就会出现持续几秒到几分钟的反弹现象

研究人员认为之所以出现反弹，是因为————当同一表面上的两个液滴拥有不同的沸点时，二者中较热的液滴会成为较低温液滴的“第二热表面”，从而加热了温度较低液滴的边缘，形成了一个附加的“莱顿弗罗斯特层”，使液滴相互反弹

反弹的时间长度取决于较低温液滴的蒸发速度，当较低温液滴变得太小，无法产生足够的蒸汽层来承受温度较高的液滴的吸引力时，最后就会合并

在不同液滴接触的那一刻，有三个莱顿弗罗斯特效应在相互作用：两个分别存在于两种液滴与热表面之间，还有一个存在于两种液滴之间，这就是三重莱顿弗罗斯特效应的命名由来

当两种液滴是可以互溶时，它们最终会合并；不能互溶的液体，则会聚结并形成多相的莱顿弗罗斯特液滴；而高度挥发性的液体会在温度较高的液滴内爆炸！

好耶，ヽ(✿ﾟ▽ﾟ)ノ 这下再也不怕过年不让放烟花爆竹啦

If Ice replace water…

“马上就是冬奥会了耶”

“好是好，就是南方宝宝不能随心所欲地滑冰⛸，哭唧唧”

“虽然但是是这么回事儿，是有亿点点ξ可惜”

“诶，之前你不是教我在热锅上弹水珠嘛，我们把水换成冰块儿，冰块遇热先熔化成水，形成蒸气层，这样冰块儿就能自由滑动啦~”

“喔，好像有道理！”

动手实践ing…

“不对啊，为啥温度都这么高了，冰块儿还是不能悬浮起来呢…是不是哪里出错了呢…”

在冰下面到底发生了什么事情使冰块不能悬浮在蒸气层上？

问题在于冰下方的融水层存在温度差————这几乎是两个极端，融水层的顶部与冰块接触，融水层的底部与高温热源接触. 顶部粘附在冰块上，稳定温度约在0℃；底部却在沸腾，稳定温度约在100℃

而要维持这一极端的温度差是需要消耗能量哩————它消耗了表面大部分的热量，只有极小部分能量可以用于产生水蒸气，这就是为什么冰块很难出现莱顿弗罗斯特效应

这一发现有无数应用的可能前景,比如，在核电站中，应用冰来诱导快速冷却可以成为电力故障时容易部署的应急措施，或者成为维修电站部件的常规做法

[1]Bouncing Droplets Reveal New Leidenfrost Effect
[2]Physics:Leidenfrost_effect
[3]Using ice to boil water
[4]New method reveals
minimum heat for levitating drops

• 下面提供本文的附注，以供有需要的读者查阅