ما هو تأثيــــر ليدنفروســـــــت ؟

ما هو تأثيـــــــر ليدنفروســـــت Leidenfrost ؟

تأثير ليدنفروست هو ظاهرة فيزيائية تحدث للسوائل التي تلامس أجساماً ساخنة للغاية، وذات درجة حرارة أعلى من درجة غليان السائل. عندها، يصنع السائل طبقة عازلة من البخار بينه وبين السطح الساخن تمنع السائل من الغليان الفوري والتبخر مباشرة. وكنتيجة لقوى التنافر، تظل قطرة السائل تحوم فوق سطح الجسم الساخن دون ملامسته.

تُرى هذه الظاهرة بكثرة في المطبخ: عندما ترش ربة المنزل بضع قطراتٍ من الماء على المقلاة لتعرف شدة سخونتها: إذا كانت درجة حرارة المقلاة عالية كفاية (درجة ليندفروست) فإن نقطة الماء ستتحرك بسرعة وعلى عجل على المقلاة وتنتقل هنا وهناك آخذة وقتاً أطول حتى تتبخر.

يعتبر هذا التأثير مسؤولاً عن كثير من الشروح والتفسيرات مثل قدرة النيتروجين السائل على التنقل بسرعة فوق الاسطح، او - وهذا من الشروح الخطرة التي اعتمدت هذا التأثير كتفسير لها - هو أن يغمس احدهم مثلا اصبعاً مبللاً في صهير الرصاص!، او ان ينفث جرعة صغيرة من النيتروجين السائل من فمه، وكل هذا دون أن يصاب بأذى. لكن مثل هذه التجارب الخطرة قد تؤدي إلى كوارث، كأن يبتلع احدهم النيتروجين عن طريق الخطأ.

 

سميت هذه الظاهرة نسبةً إلى الطبيب الألماني جوهان جوتلوب ليدنفروست والذي وصف هذه الظاهرة عام 1756.

   كيف تحدث هذه الظاهـــــرة:

كما أسلفنا، يمكن رؤية هذه الظاهرة عندما تتقافز قطرات المياه على سطح مقلاة ساخنة للغاية .

في البداية وعندما تكون درجة حرارة المقلاة أقل من 100° مئوية (212° ف)، فإن قطرات الماء عند رشها تنتشر ببطئ ثم تتبخر بالتدريج.

مع ارتفاع درجة الحرارة شيئاً فشيئاً حتى تتعدى الـ 100° مئوية ( وهي درجة غليان الماء)، فإن قطرات الماء تصدر هسيساً عندما تلامس سطح المقلاة الساخن ثم تتبخر بسرعة.لاحقاً عندما ترتفع درجة الحرارة حتى تتجاوز درجة ليدنفروست هنا يبدأ تأثير ليدنفروست بالظهور والعمل، واذا استمرت درجة الحرارة بالارتفاع فإن تأثير ليدنفروست يختفي لأن قطرات الماء ستتبخر بسرعة هائلة.

     الآن، ماذا يحدث بالضبط :

عندما تلامس قطرة الماء سطح الماء الساخن، يتبخر الجزء السفلي من القطرة مباشرة وهذا يجعل الغاز الناتج عن التبخر يصنع طبقة عازلة تعلّق باقي القطرة فوقها وتمنعها من التلامس المباشر مع السطح الساخن. ولأن البخار سيء في توصيل الحرارة ونقلها فإن مقدار الحرارة الذي ينتقل من سطح المقلاة إلى باقي القطرة المعلقة سوف يقل بشكل ملموس مما يسمح لقطرة الماء بالتقافز هنا وهناك محمولة على طبقة البخار لفترة طويلة نسبياً، فيما يسمى Film Boiling .

  نقطة ليدنفروســــــت :

أما متى تحدث هذه الظاهرة بالضبط، أي متى يصل السطح إلى نقطة ليدنفروست فهذه مسألة صعبة التحديد وليس من السهل التنبؤ بها. وحتى لو بقي حجم قطرة السائل كما هو، فإن النقطة التي يبدأ عندها التأثير ليست ثابتة، فهي تعتمد على خصائص سطح المادة الساخن، وعلى إذا ما احتوى السائل على شوائب قد تؤثر في درجة الغليان. وكتقدير ليس دقيقاً يبدأ تأثير فروست عند درجة حرارة 193 ° مئوية.

وهناك الكثير من التطبيقات المتعلقة بهذا التأثير، منها ما يتعلق بفصل السيليلوز عن اوليجمر( عكس البوليمير) عند درجة غليانه.