莱顿弗罗斯特效应是什么意思?“莱顿弗罗斯特”效应

眼前这个小伙是练就了铁砂掌吗?竟然面对流淌着的滚烫铁水毫无惧色,徒手挥掌,斩断了铁水,而他的手却没有丝毫受伤,只是有些许灰尘而已。其实以血肉之躯面对高达1370摄氏度的铁水,他并不是具有特异功能,而是掌握了科学的技巧。这位硬核老兄是亚美尼亚钢铁厂的一位工人,而他正在做的是这个钢铁厂传统的仪式,只有通过了这项考验的,才能被老前辈认可为合格的钢铁工。

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相信很多人肯定认为这其中涉及造假,否则手掌早就成烤猪蹄了,要么铁水是假的,要么是这位老兄手上涂了什么神奇的隔热材料。事实上,铁水的确是真实的,不过手上倒是真的要涂上一种被称为一氧化二氢,化学分子式为H2O的物质,不开玩笑了,其实就是在做这个动作之前,要将手放在水中浸湿。

那么手掌上薄薄的一层水真的能起到降温的作用吗?那毕竟是上千度的高温铁水,之所以可以起到保护作用,主要是与水沸腾相关的莱顿弗罗斯特效应。掌握这个原理不仅可以挥掌断铁水,其他的铜水、铅水也不在话下。其实我们也经常会在网上看到一些“高人”,表演手指蘸铅水的表演,而铅的熔点也在300度以上。

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还有就是普通人也可以尝试的“过火”仪式,赤脚踩在烧红的木炭上跑过火堆。在我国很多少数民族活动和一些国外宗教仪式上,都会有这样的表演。但是无一例外的都要将接触高温的手掌或脚掌在水中浸湿,并且一定要遵循天下武功,唯快不破的原则。

倒不是因为我们的速度有多快,让温度来不及反应伤害,而是在迅速接触高温的过程中,薄薄的一层水瞬间气化,在我们的手掌或脚掌外形成了一层保护膜,让高温暂时被隔绝。而之所以要快,就是要在水汽被完全气化之前,让手掌和脚掌离开高温的环境。温度越高的环境,速度也要越快,所以徒手断铁水的老兄要快速挥掌,而“过火”仪式也可以一路小跑过去。

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不过发现这个原理的莱顿弗罗斯特,可不是通过徒手断铁水这样危险的实验得出的,而是一个我们每个人在家里都可以做的实验,只需要一个煤气灶,一口铁锅和一点冷水即可。

莱顿弗罗斯特效应,搞懂它徒手接触铁水都不怕,那有没有更安全的实验可以弄清楚其中原理呢?

亚美尼亚的钢铁厂工人表演徒手断铁水的壮举,虽然通过莱顿弗罗斯特效应的解释,我们知道是手上湿润的水遇到高温气化,产生了保护膜。但是这种实验多多少少都有一些危险性,如果速度不够快,还是容易被高温灼伤。

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但接下来的实验就安全的多,就是将一口铁锅烧到通红,然后将少量的几滴水倒进锅中,此时的水滴不仅没有迅速沸腾蒸发,而且凝聚成几个滚圆的小水珠,在锅中不停的来回滚动。一些厨师展示的铁锅无油煎鸡蛋也是同样的原理。

当水滴接触到炙热的铁锅底部时,由于温度很高,水滴的接触面会迅速蒸发气化,同时在水滴的下方形成一个薄薄的蒸汽层,厚度大概在0.1到0.2毫米之间。蒸汽层会将水滴向上托起与锅底隔绝,由于蒸汽的导热性能较差,所以温度也就很难再向上传导,进而导致水滴不会沸腾蒸发。

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徒手断铁水的道理也是一样,因为气化的蒸汽阻隔了热量的传导,从而保护了手掌。不过最早发现这个现象的并不是莱顿弗罗斯特,而是一位荷兰医生赫尔曼·布尔哈夫在1732年首次发现,他同时是一位植物学家,但当时他并没有给出有说服力的解释。直到1756年,另外一名德国医生莱顿弗罗斯特,通过深入的研究发表了《论普通水的性质》,来解释这个现象。所以这一现象后来就用他的名字命名,被称为莱顿弗罗斯特效应。

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而莱顿弗罗斯特所做的实验,其实就和厨师经常遇到的情况类似,只不过他将铁锅换成了铁勺,在一个烧的通红的铁勺上滴上一滴水,并且观察到水珠浮起的现象,整个过程大约持续30秒左右,随着接触面温度的降低,水滴反而会沸腾最终蒸发。

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而通过莱顿弗罗斯特的研究,不仅解释了发生这一现象的原理,而且对于发生这一现象时的温度提出了新的概念,通常能够造成莱顿弗罗斯特效应的温度,在193摄氏度左右,但是根据水中是否有杂质,以及接触的高温物质属性不同,会产生一定的温度偏差。不过这个温度点基本维持在200摄氏度左右,被称为莱顿弗罗斯特温度点,简称LFP,而人们目前也在探索这一效应更广阔的用途。

神奇的莱顿弗罗斯特效应,它的应用除了可以表演徒手断铁水外,还有什么实际的作用呢?

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当水蒸气遭遇超过200摄氏度高温时,会迅速产生气化形成隔热。而在做饭时可以通过这种方式,掌握锅的温度,比如当铁锅烧到一定程度,可以滴一滴水在其中。如果水滴迅速沸腾蒸发,就说明锅底的温度没有超过200摄氏度,而如果水滴呈现圆滚滚的水珠状,并且四处晃动,就说明水珠下方有蒸汽层,也就是形成了莱顿弗罗斯特效应,此时你可以用无油的锅来煎一个蛋,还能保证不粘锅,不过这除了有一点炫技的成分外,好像作用也不是很大。

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然而莱顿弗罗斯特效应,也不光光只存在于高温的情况下,在面临低温液氮时也有同样的效果,这点就有人通过给自己身上浇液氮来挑战这一现象。而这一行为在一般人看来,就是和徒手断铁水一样的作死行为,因为液氮的温度在零下195摄氏度,任何物体放在液氮中都会被迅速冻成冰棍,人体更是无法抵抗这样的极度寒冷。

这件事的起因还要追溯到2014年风靡全球的冰桶挑战,这是一项呼吁关注渐冻人症的公益活动,但是绝大多数挑战者使用的都是冰水从头部淋下,只有一位战斗民族的老哥,不满足冰桶的威力,直接挑战他所在工厂生产的液氮,当一桶液氮从头上迅速浇下后,这位老哥的确是毫发无伤,虽然这里没有高温产生气膜来进行保护。

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但是人体的体温相对于液氮极低的零下195摄氏度,形成了一个超过200摄氏度的温度差,当液氮接触人体的瞬间,也产生了迅速的气化,同样形成了一个气化的保护膜,从而起到保护的作用。不过这位老哥说他是基于对物理、生物和数学原理的信任,说明这其中不仅有莱顿弗罗斯特效应的基本原理,也有科学的测算和规范的操作,普通人不要随意尝试。

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其实这个效应比较有用的案例,还是在我们航天事业上,通常高温燃烧的火焰会影响火箭发动机的工作,利用超低温液体燃料与燃烧室和尾喷内壁之间的空隙,形成了一层气膜,起到了冷却发动机的作用,所以火箭发动机才能在超高温的作用下持续工作,这样的技术就被称为气膜冷却,应用的便是弗罗斯特效应。

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