ライデンフロスト効果とは、蒸気層が液体を表面から隔離し、急速な沸騰を防ぐ現象です。絶縁蒸気は、液滴を非常に高温の表面上に浮かび上がらせます。同様に、蒸気層は非常に冷たい液体と熱い固体の間を断熱します。この効果の名前は、熱したフライパンで水滴が飛び散る様子に気付いたドイツ人医師ヨハン ゴットロブ ライデンフロストにちなんで付けられました。
ライデンフロスト効果の仕組み
ライデンフロスト効果は、高温の表面の温度が液体の沸点を十分に上回っている場合に機能します。熱い鍋の上で水がどうなるかを視覚化すると、プロセスが理解しやすくなります。
- 冷たい鍋に水滴をはじくと、鍋が水滴で覆われ、ゆっくりと蒸発します。
- 水の沸点 (100 °C または 212 °F) のすぐ下の鍋に水滴を振りかけると、水滴は平らになり、急速に蒸発します。
- ちょうど水の沸点で加熱された鍋に水滴が触れると、水滴がシューという音を立てて沸騰して蒸気になります。
- 鍋を加熱すると、鍋がライデンフロスト点と呼ばれる特定の温度に達するまでシューという音がして沸騰します。 ライデンフロスト ポイントで 温度が高くなると、水滴が集まり、痛みの表面の上を飛び回ります。蒸発する間、水滴は低温 (ただしまだ高温) の場合よりもはるかに長く持続します。
- はるかに高い温度では、水滴が急速に気化するため、ライデンフロスト効果は発生しません。
ライデンフロスト ポイント
ライデンフロスト ポイントは複数の要因に依存するため、簡単に予測することはできません。これらの要因のいくつかは、さまざまな材料の蒸気圧、不純物の存在、および表面の滑らかさまたは粗さです。ライデンフロスト効果は、水滴や平らなフライパンなどの非常に滑らかな表面で最も効果的です。
ライデンフロスト点では、液滴の外面が気化します。蒸気 (ガス) は、2 つの材料の間に薄い断熱層を形成します。水滴とスキレットの場合、蒸気が水滴を表面から浮かせ、金属製の鍋と水の間の熱伝達を最小限に抑えます。個々の液滴が凝集する一方で、ライデンフロスト効果もこのプロセスに影響を与えます。個々の液滴の周りの蒸気層は、小さなクッションのようなものです。しずくは、合体する前に互いに跳ね返ることがよくあります。
ライデンフロスト効果の例
ライデンフロスト効果の例は複数あります。熱いフライパンに水をはじくのは良いデモンストレーションですが、他の例は特に安全ではありません.
熱したスキレットに水を注ぐ
熱く乾いたフライパンに数滴の水を加えることは、鍋の温度を推定する優れた方法です。ライデンフロスト ポイントより下では、水がジュージューと音を立てます。鍋が非常に熱くなると、水滴が飛び散ります。ただし、テフロン製のフライパンは高温になるため、コーティングが有毒ガスとして大気中に放出されるため、この方法は使用しないでください。鋳鉄製のスキレットを使いましょう。
液体窒素と地面
少量の液体窒素を床にこぼすと、熱したフライパンに水を注ぐのと同じように機能します。窒素の沸点は -195.79 °C または -320.33 °F であるため、室温の下限はライデンフロスト点よりもかなり上です。
液体窒素と皮膚
ライデンフロストは、液体窒素の飛沫と人間の皮膚で発生します。皮膚の温度は、液体窒素のライデンフロスト ポイントをはるかに超えています。したがって、液体窒素の数滴が皮膚に着地しても、凍傷を引き起こすことなく跳ね返ります.あるデモンストレーションでは、経験豊富な教育者がコップ一杯の液体窒素を聴衆のはるか上空に投げ込み、液体窒素が飛沫に分散するようにします。ただし、窒素がバラバラに分解されなかったり、窒素の量が多すぎたりすると、皮膚に接触すると深刻な凍傷を引き起こす可能性があります。さらに危険なデモンストレーションには、少量の液体窒素をすすり、液体窒素蒸気を吹き飛ばすことが含まれます。誤って窒素を摂取する危険があり、致命的となる可能性があります。窒素の気化により、組織を破裂させる可能性のある窒素の泡が生成されます。
皮膚と溶融鉛
溶けた鉛に触れると火傷します。ただし、金属に触れる前に手を濡らすと、ライデンフロスト効果によって保護されます。あるデモンストレーションでは、手を水で濡らし、火傷を負わずに溶けた鉛に手をすばやく浸したり戻したりします。この効果は他の溶融金属に対する保護も提供しますが、鉛は融点が 327.46 °C または 621.43 °F と比較的低いため、最良の選択肢です。これは水のライデンフロスト点をはるかに上回っていますが、短時間の露出で火傷を引き起こすほど熱くはありません。これは、オーブン ミットを使用してオーブンから非常に熱い鍋を取り出すことに匹敵します。
ライデンフロスト効果と溶岩
溶岩に触れたり、火山に落ちたりした場合に何が起こるかについての議論は、ライデンフロスト効果に言及することがよくあります。部分的に、これは溶岩と誤認された溶融金属に手を通すビデオから来ています.溶岩はする 流れますが、粘性が高くなります (液体金属とは異なります)。
ライデンフロスト効果を介して溶岩を水が飛び散る。しかし、蒸気層は肌を保護しません。溶岩に手を伸ばすことは、超高温のストーブに触れるようなものです。手を濡らすだけでもほんのわずかですが、十分ではありません。これは、溶岩の温度が約 1100 °C または 2100 °F であるためです。それは溶けた鉛よりもずっと熱い!
溶岩は非常に密度が高いため、火山に落ちた場合、基本的には固体の表面にぶつかったのと同じです。ただし、熱気は上昇するため、溶岩の上の気柱は衝突前にやけどを引き起こします。また、ガスは有毒です。
参考文献
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