Kaip užvirinti vandenį be burbuliavimo?

Norėdamos patikrinti, ar keptuvė pakankamai įkaito, šeimininkės neretai užlašina ant jos vandens. Jeigu paviršius būna pakankamai įkaitęs virš vandens virimo temperatūros, lašiukai ritinėsis paviršiumi prie jo nesiliesdami. Šiuos judrius lašelius nuo karšto paviršiaus skiria garų pagalvėlė. Jeigu paviršiaus temperatūra krenta žemiau „Leidenfrosto temperatūros", lašelis nukrenta ant paviršiaus ir stipriai burbuliuodamasis bei spjaudydamasis užverda, rašo nature.com.

Leidenfrosto efektas yra naujausio Saudo Arabijos mokslininkų atradimo, kuris aprašytas mokslo žurnale „Nature", pagrindas. Šie mokslininkai nustatė, kad vandenį galima užvirinti ir be burbuliavimo, jeigu indo paviršius apdorojamas specialiomis medžiagomis, kurios neleidžia garo pagalvėlei išsisklaidyti. Pasak tyrimui vadovavusio mokslininko Ivano Vakarelskio, dirbančio Karaliaus Abdulllah mokslo ir technologijų universitete Tuvalyje (Saudo Arabija), tokį efektą galima taikyti siekiant sumažinti vandens pasipriešinimą laivyboje bei atidžiai kontroliuojant metalų kaitinimą ir vėsinimą.

Lygus ir šiurkštus

I. Vakarelskis su kolegomis metalinius rutuliukus padengė laisvai pardavinėjama paviršiaus danga, dėl kurios rutuliuko paviršius tapo šiurkščiu ir itin stipriai hidrofobišku, o vėliau tuos rutuliukus įkaitino iki 400 ºC (aukštesnėje temperatūroje pati danga suirtų). Ir palyginimui paprastus metalo rutuliukus, kurių paviršius buvo lygus, mokslininkai įkaitino iki 700 ºC temperatūros.

Tuomet įkaitinti rutuliukai buvo sumesti į kambario temperatūros vandenį. Aplink rutuliukus nedelsiant susidarė vandens garų sluoksnelis. Bet garų sluoksnelis aplink paprastus metalo rutuliukus greitai išsisklaidė, todėl prasidėjo sprogstamasis vandens burbuliavimas. Tuo tarpu hidrofobiški rutuliukai pamažu vėso nenykstant garų sluoksniui, todėl sprogstamojo burbuliavimo nebuvo.

„Pamanėme, kad galime pagerinti perėjimą" nuo Leidenfrosto režimo į burbuliavimą. „Bet perėjimą mes ne tik palengvinome, o ir apskritai jo išvengėme", - sakė mokslininkas.

„Efektas iš tiesų dramatiškas. Temperatūrai mažėjant ši garavimo fazė pamažu rimsta", - sakė mokslinio darbo bendraautoris, teorinės mechanikos inžinierius Neeleshas Patankaras, dirbantis Northwestern universitete Evanstone (JAV).

Australijos nacionalinio universiteto taikomosios matematikos specialistas Vincentas Craigas, tiriantis paviršiaus jėgų ir burbuliukų fiziką, mano, kad šio darbo reikšmė gali būti didžiulė ir plati: „Jie parodė, kad esant šiurkščiam paviršiui galima išsaugoti garų sluoksnį žemoje temperatūroje". Šiuo efektu galima būtų pasinaudoti siekiant mažinti skysčių sąveikai su paviršiais mažučiuose kanalėliuose įvairiuose įrenginiuose, svarsto mokslininkas.

Ta pati mokslininkų grupė atliko panašų eksperimentą su metalo strypais, iš kurių vieni buvo paprastais hidrofiliškais paviršiais, o kiti – padengti hidrofobines savybes suteikiančia danga. Strypai buvo kaitinami stebint jų temperatūrą. Hidrofiliniai strypai negalėjo įkaisti labiau nei iki 106 ºC, nes vanduo su jais nuolat lietėsi ir aušino. Tuo tarpu strypai su hidrofobine danga kaito iki 250 ºC, nes juos nuo tiesioginio kontakto su vėsiu vandeniu saugojo plonas garų sluoksnelis.

Pasak N. Patankaro, kitas jų grupės žingsnis – pabandyti sudaryti garų sluoksnį kur kas žemesnėje nei virimo temperatūroje. Vanduo kambario temperatūroje gali egzistuoti ir skysčio, ir garų pavidalu, tačiau kad jis būtų garų pavidalu, reikalinga energija. N. Parankaras mano, kad galima būtų sukurti paviršių, kuris garų būsenai suteiktų stabilumo. Jei toks paviršius dengtų laivų korpusus, būtų sumažintas vandens pasipriešinimas jų judėjimui, be to, galima būtų tikėtis, kad tai suveiktų kaip apsauga nuo dumblių ir ūsakojų vėžiagyvių prikibimo prie laivo dugno. „Tai būtų nesuvokiama protu. Kas galėtų pagalvoti apie garus be kaitinimo?"