Фізики відкрили новий спосіб змусити воду парити над поверхнею: чим це допоможе АЕС

Якщо краплі рідини кинути на дуже гарячу поверхню, то вони почнуть переміщатися по ній. Але насправді краплі води ширяють над поверхнею. Тепло від гарячої поверхні випаровує найближчий до неї бік краплини води і створюється теплоізоляційний прошарок з пари, на якому ширяє інша частина краплі. Це явище відоме, як ефект Лейденфроста. Фізики, які опублікували результати дослідження в журналі Nature Physics, створили спосіб знизити температуру, за якої відбувається це явище. Це відкриття має велике значення для застосування під час теплопередачі, зокрема для охолодження промислового обладнання та охолодження теплообмінних апаратів на АЕС, пише ScienceAlert.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Уже майже 200 років фізики знають про ефект Лейденфроста, і його параметри добре вивчені. Щоб виник цей ефект, потрібно достатньо тепла, щоб вода миттєво утворила пару під час контакту з гарячою поверхнею, але не так багато тепла, щоб уся крапля води миттєво випарувалася. Причина, чому вода не випаровується повністю, полягає в тому, що значна частина енергії від гарячої поверхні відводиться у вигляді пари, а не потрапляє в іншу частину краплі.

Поверхня, яку розробили фізики, складається із сотень крихітних стовпчиків заввишки приблизно 0,08 мм, тобто завширшки з людську волосину. Вони розташовані у вигляді сітки і розділені відстанню приблизно 0,12 мм. Під час потрапляння на поверхню крапля води покриває близько 100 стовпчиків. Коли вода перебуває на поверхні, стовпчики тиснуть на краплю води, передаючи більше тепла всередину і дозволяючи воді закипати швидше. Це означає, що ефект Лейденфроста можна спостерігати протягом мілісекунд і за набагато нижчих температур, ніж на плоскій поверхні, як-от плита або сковорода.

Фізикам вдалося спровокувати левітацію води при температурі 130 градусів Цельсія, що набагато нижче, ніж 230 градусів Цельсія, які є типовими для ефекту Лейденфроста в цих умовах. Вода є чудовим середовищем для охолодження. Вона кипить і випаровується при температурі 100 градусів Цельсія. Рідка вода не може бути гарячішою за цю точку кипіння, оскільки вона перетворюється на пару.

Створена поверхня з крихітними стовпчиками пропонує більш ефективний механізм теплопередачі, який може бути набагато безпечнішим, ніж використовувані нині технології водяного охолодження, кажуть учені. Це може запобігти вибухам пари.

Такі вибухи відбуваються, коли бульбашки пари всередині рідини швидко розширюються через наявність сильного джерела тепла. Це може трапиться на АЕС, де структура поверхні теплообмінних апаратів може впливати на ріст бульбашок пари і потенційно спровокувати вибух.

За словами фізиків, вони вважали, що крихітні стовпчики змінять поведінку добре відомого явища, але результати кинули виклик навіть їхній уяві.

Як уже писав Фокус, місія на Уран може стати ще цікавішою. Вчені пропонують не тільки вперше вивчити Уран з ближчої відстані, а й виявляти гравітаційні хвилі, а також дещо ще.

Також Фокус писав про те, що згідно з недавнім дослідженням, фізики вважають, що в атмосфері Землі можна виявити загадкову темну матерію.