اثر لیدن فراست

اثر لیدن فراست به انگلیسی Leidenfrost effect که با نام جوش فیلم نیز شناخته می‌شود، یک پدیده است که زمانی رخ می‌دهد که یک مایع در نقطه‌ای قرار گیرد که بسیار بالاتر از نقطه جوش آن مایع است، باشد. در این هنگام لایه‌ای از بخار مایع دور مایع را فرا می‌گیرد و به علت پایین بودن رسانایی گرمایی گاز، مایع را از جوشش سریع حافظت می‌کند. این پدیده معمولاً در پخت‌وپز دیده می‌شود. اگر دمای تابه بیشتر از نقطه لیدن‌ فراست باشد این پدیده رخ می‌دهد. این پدیده همچنین عامل حرکت سریع (و عدم تبخیر سریع) نیتروژن مایع هنگام ریختن روی زمین است.

این پدیده به نام یوهان گوتلب لیدن‌ فراست نامگذاری شده‌است. این فرد در سال ۱۷۵۶ این پدیده را بررسی نمود.

اگر مایع را درون تابه ای با دمای زیر ۱۰۰ درجه سانتی گراد ، بریزیم ، مایع در آن پخش می شود و کم کم بخار می شود . حال اگر مایع را در تابه ای با دمای بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتی گراد بریزیم ، قطرات آب هنگام بر خورد با تابه صدای خش خش می دهند و به سرعت بخار می شوند . اما در دماهای بالاتر از نقطه لیدن فراست ، قطرات آب به صورت کروی در آمده و با سرعت زیادی به اطراف پرت می شوند و زمان بیشتری نسبت به دماهای پایین تر طول می کشد تا این قطرات تبخیر شوند . دلیل این پدیده اینست که در دماهای بالاتر از نقطه لیدن فراست ، قسمت پایینی قطره آب که در تماس با تابه قرار دارد به سرعت بخار شده و یک لایه از گاز در زیر قطره می سازد و از آنجایی که گاز رسانای ضعیف گرماست ، موجب کند شدن گرمای منتقل شده به قطره می شود و گرمای لازم برای تبخیر دیرتر فراهم می شود . لایه گاز ایجاد شده بین قطره و تابه موجب کاهش نیروی چسبندگی سطحی می شود و قطره ها روی تابه پخش نمی شوند.

دمای نقطه لیدن فراست را نمی توان به طور دقیق تعیین کرد ، چون به عوامل زیادی وابسته است از جمله به ناخالصی های موجود در آب ، خواص سطح فلز ، فشار محیط و … بستگی دارد . به طور تقریبی می توان گفت دمای نقطه لیدن فراست برای آب و تابه در حدود ۱۹۳ درجه سانتی گراد است .

برای اینکه با رفتار آب در داخل تابه با دمای بالاتر از لیدن فراست ، آشنا شوید ، ویدیوی زیر را مشاهده کنید :

در نمودار زیر ، میزان انتقال گرمای آب بر حسب دما را در فشار یک اتمسفر مشاهده می کنید :

از این پدیده جهت انجام کارهای محیرالعقول مثلاً دست زدن با انگشت خیس به سرب مذاب یا راه رفتن با پاهای خیس روی ذغال گداخته استفاده می کنند .

اگر پاها پیش از قدم زدن خیس باشند، مایع می تواند به محافظت آنها کمک کند. برای خیس کردن پاها مرتاض می تواند درست پیش از رسیدن به ذغال های گرم ، روی چمن مرطوب راه برود. لحظه ای که مرتاض روی ذغال هاست، مقداری از حرارت مایع روی پاها را بخارمی کند و حرارت کمتری برای انتقال به گوشت باقی می ماند. افزون بر آن ممکن است نقاط تماسی وجود داشته باشد که مایع لایه جوش تشکیل دهد که به واسطه آن محافظت مختصری از ذغالها فراهم می آید. البته مرتاض باید گام های سریعتری بردارد و در صورتی که گام ها آهسته باشد ، مسلما فرصت کافی به قطرات آب داده است تا تبخیر شوند و موجب سوختگی کف پای خودش شود .

در ویدیوی زیر آیین مذهبی در استونی را مشاهده می کنید که افراد بر روی ذغال داغ راه می روند و از دید خودشان به علت ارتباط با نیرویی ماورایی اینکار را انجام می دهند . در صورتی که قبل از راه رفتن روی ذغال روی چمن های مرطوب و همچنین پارچه ای خیس قدم می گذارند و از اثر لیدن فراست استفاده می کنند .

در ویدیوی زیر نیز گذاشتن دست خیس در سرب داغ را توسط یک استاد دانشگاه برای توضیح اثر لیدن فراست به دانشجویانش ، را مشاهده می کنید: