O efeito Leidenfrost é um fenômeno físico bem conhecido, descoberto pela primeira vez em 1756. Ele ocorre quando um líquido está nas proximidades de uma superfície significativamente mais quente do que seu ponto de ebulição. Isso produz uma camada de vapor isolante que evita que o líquido ferva rapidamente. Devido a este efeito, uma gota pairaria sobre a superfície em vez de tocá-la fisicamente.

Embora o efeito Leidenfrost tenha sido descoberto há séculos, as temperaturas relatadas nas quais a camada de vapor começa a se formar variam significativamente de estudo para estudo. Muitos físicos em todo o mundo continuaram examinando esse fenômeno para entender melhor quando e como ele ocorre.

Pesquisadores da Emory University demonstraram recentemente que as camadas de vapor Leidenfrost podem ser sustentadas a temperaturas muito mais baixas do que as necessárias para sua formação. Suas descobertas, publicado em Cartas de revisão física , poderia ter implicações teóricas e práticas para várias áreas da física.

"Meu laboratório vem trabalhando no efeito Leidenfrost há muitos anos, "Justin C. Burton, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Nosso trabalho anterior focou na dinâmica interessante das gotas de Leidenfrost levitadas, como eles se movem, como eles oscilam, etc. Isso geralmente era feito em temperaturas muito altas, onde a fina camada de vapor que existe entre a gota e a superfície quente é bastante robusta, embora a camada de vapor tenha aproximadamente a espessura de um fio de cabelo humano. "

Embora os estudos anteriores conduzidos por Burton e seus colegas reunissem ideias interessantes, uma questão em aberto ainda permanecia:qual é a temperatura de Leidenfrost? Em outras palavras, a temperatura exata necessária para a formação da camada de vapor no topo de uma superfície e para ser sustentada ao longo do tempo permaneceu obscura.

Os físicos ainda não descobriram com certeza como a camada de vapor finalmente se dissipa, ainda assim eles observaram que sua dissipação é acompanhada pelo líquido tocando a superfície sólida e rápida, ebulição explosiva. Além de informar a pesquisa em física, fornecer uma resposta a essas perguntas também seria valioso para várias indústrias que utilizam o resfriamento de objetos quentes e até mesmo para as ciências planetárias que exploram fenômenos como erupções freatomagmáticas.

"Decidimos responder a essas perguntas usando uma técnica elétrica para monitorar com precisão a espessura da camada de vapor durante a formação, e à medida que o material quente esfria, todo o caminho até que a camada de vapor colapsou espontaneamente, "Burton explicou." Ao adicionar um pouco de sal à água, o líquido agia como parte de um circuito elétrico, e a fina camada de vapor agia como um capacitor. Isso nos permitiu monitorar a camada de vapor em alta velocidade, milissegundos antes e depois do momento do colapso. "

Além de coletar várias medições da camada de vapor, Burton e seus colegas usaram vídeo de alta velocidade para examinar o momento exato em que a camada desmorona. Surpreendentemente, eles descobriram que, embora para formar uma camada de vapor em torno de um objeto metálico quente imerso em água, é preciso aquecê-lo até ~ 240 graus C, esta mesma camada de vapor pode então permanecer estável enquanto o objeto esfria até ~ 140 graus C. Além disso, a temperatura mais baixa na qual as gotículas de levitação foram sustentadas não dependeu da concentração de sal ou do tipo de metal usado no experimento.

"Acho que a descoberta mais notável de nosso trabalho é que parece haver uma temperatura mais baixa para manter a estabilidade das camadas de vapor Leidenfrost, e que existe uma 'temperatura superior' para formação e uma 'temperatura inferior' para falha, "Burton disse." Esta é uma descoberta muito prática que vai além da física básica. "

No futuro, os resultados obtidos por esta equipe de pesquisadores podem informar pesquisas em uma ampla variedade de campos. Na verdade, a física do magro, a lubrificação de camadas de líquido e gás é um tópico contínuo de investigação em muitas áreas, do estudo da fricção aos tecidos moles, resfriamento em nanoescala e microfluídica.

"No momento, estamos realizando uma série de simulações numéricas para entender como a estabilidade da camada de vapor desaparece com a temperatura mais baixa, "Burton acrescentou." É uma característica muito repetível do experimento, e, portanto, deve ser baseado na hidrodinâmica básica. Como quando uma gota de chuva se forma em uma folha e se torna maior, eventualmente ele cairá. Esta instabilidade é causada por um excesso de forças gravitacionais sobre as forças de tensão superficial, no entanto, atualmente não sabemos como a camada de vapor se tornou instável em nosso experimento. "

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