Acetone oplever Leidenfrost-effekt, ingen kogeplade nødvendig

Ved at udføre sin due diligence, rengøring af sit laboratorieudstyr, væskefysiker Stoffel Janssens fra Mathematical Soft Matter Unit i Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), Okinawa, Japan, bemærkede den usædvanlige vekselvirkning mellem vanddråberne og acetonedråberne, der svævede over vandoverfladen, da dråberne kom til afløbet.

"Jeg lagde mærke til, at nogle gange, små dråber svæver kort over overfladen af ​​en væske, før de smelter sammen med væsken, " sagde Janssens. "Ved at være fascineret af dette fænomen, Jeg udførte et litteraturstudie, hvorfra jeg konkluderede, at et tyndt lag gas mellem en dråbe og en væskeoverflade kan forhindre sammensmeltning."

Med andre ord, hvad Janssens bemærkede var, at acetonedråberne ikke blandede sig med vandet på grund af deres egen form for Leidenfrost-effekten, mere almindeligt observeret i vanddråber på faste varme overflader. I tilfælde af vand, dråberne flyder på et lag damp, der dannes, hvor de møder den varme overflade. Janssens og kolleger ved OIST og National Institute for Materials Science, både i Japan, studerede væskedynamikken i denne interaktion, og af den selvfremdrift, der er fælles for Leidenfrost-effekten (som har sit eget navn, Marangoni-effekten) for at lære mere om den underliggende mekanik. Deres overraskende resultater vises i denne uge i bladet Fysik af væsker .

Normalt, acetone (hovedkomponenten i de fleste neglelakfjernere) og vand er blandbare, betyder, at i modsætning til olie og vand, de blander sig og skiller sig ikke eller danner dråber, når de blandes.

"Acetone har et kogepunkt på 56 C, langt under vand, og fordamper derfor kraftigt, når det nærmer sig en varmtvandsoverflade, " sagde Janssens. "Jeg havde en hypotese om, at stærk fordampning kunne skabe et gaslag mellem en acetonedråbe og en vandoverflade for at undertrykke koalescens."

Janssens og hans medforfattere brugte højhastighedsvideografi til at studere rumtemperaturdråbedynamikken og deres underliggende mekanismer, ser nøje på variabler såsom dråbestørrelse og hastighed af selvkørende dråber. Da de gjorde det, de fandt nogle uventede adfærd.

"Efter at have analyseret film opnået med højhastighedskamerabilleder, Jeg bemærkede også, at en selvkørende dråbe gradvist bliver nedsænket under den uforstyrrede vandoverflade, " sagde Janssens. "Denne nedsænkning starter, når en dråbe har en vandret hastighed på omkring 14 cm/s. Endelig, efter omhyggeligt at have målt forskydningen af ​​flere dråber, vi konkluderede, at nedsænkning forårsager træk."

De opdagede, at acetonedråberne ville drive sig selv hen over vandoverfladen, indtil de nåede en hastighed, der ville trække dem under overfladen, stadig i dråbeform, hvor de så oplever træk fra det omgivende vand.

"Denne type træk ved nedsænkning er, så vidt vi ved, ikke beskrevet i litteraturen, og det er vigtigt at tage højde for, når man måler modstand på små genstande understøttet af en væske-gas-grænseflade, sagde Janssens. vandvandrende væsener såsom vandstridere, vand edderkopper, og rovbiller kan udnytte træk ved nedsænkning til bevægelse."

Fremmed endnu, de opdagede, at indtil det punkt, hvor dråben går under overfladen, jo hurtigere det bevæger sig, jo hurtigere bliver det hurtigere.

"Vi observerede, at en dråbe accelererer hurtigere med stigende vandret hastighed indtil det punkt, hvor nedsænkning sker, " sagde Janssens. "Denne første løbske effekt kan være interessant for fremtidig forskning, som involverer selvfremdrift drevet af en Marangoni-effekt."

Ved at sammenligne deres data med teoretiske modeller, Janssens og hans kolleger udviklede en strategi til at estimere tykkelsen af ​​dråbernes støttende damplag. Imidlertid, der er stadig meget mere at forstå om det usædvanlige system, og Janssens' team arbejder stadig hårdt på dette.

"Da der er mange fænomener i dette værk, som er dårligt forstået, der er meget arbejde at gøre, " sagde Janssens. "Jeg har kontrollerede eksperimenter designet til at uddybe vores forståelse af ikke-sammensmeltning."