Gotes d’aigua que corren cap amunt

Fa uns dies, a través de la pàgina I Fucking Love Science, me va arribar la notícia que uns estudiants de la Universitat de Bath (Regne Unit), Carmen Cheng i Matthew Guy dirigits pel Dr. Takashina, havien construït un laberint en el que dipositaven gotes d’aigua que començaven a córrer fins que se sortien.

El laberint és un experiment espectacular que utilitzen els estudiants de la Universitat de Bath per difondre la ciència entre els escolars del seu districte i el públic en general, i que no defrauda mai.

L’efecte Leidenfrost

I … com és que corren les gotes d’aigua d’aquesta manera?. Començaré per explicar el fenomen físic més bàsic que hi és darrera: l’efecte Leidenfrost (Johann Gottlob Leidenfrost).  Pot ser no havíeu sentit parlar mai d’aquest efecte, però segur que l’heu vist alguna vegada, és el fenomen que es produeix quan unes gotetes d’aigua cauen sobre una superfície prou calenta. A casa això ho veiem normalment quan cau l’aigua a una paella (sense oli) o directament damunt de la vitroceràmica (no la d’inducció). L’altre dia una alumna me va dir que ho havia vist en caure-li aigua a la planxa del cabell, encara que no sé si està a prou temperatura. En tot cas parlem d’aigua però pot ser qualsevol líquid volàtil.

 

 

Ja en 1881, en el seu llibre de divulgació científica, El mundo físico, (hi ha una còpia en línia de la traducció al castellà de l’edició de 1893, tomo II, pp 646-647), Gillemin explica al gran públic els experiments que va fer Pierre Hippolyte Boutigny sobre aquest efecte, que en aquell moment anomenaven calefacció.

 

Experiment Boutigny

 

 

Les gotes d’aigua es comporten d’una forma tan curiosa que en el segle XIX van pensar que es tractava d’un nou estat de la matèria al que van anomenar Estat Esferoïdal. En aquest vídeo es veu molt bé què és el que passa en tirar gotes d’aigua a una superfície escalfada a diferents temperatures:

En quines condicions es produeix l’efecte?

Si la superfície en qüestió sobre la que cau l’aigua està a la temperatura adequada (uns 190 o 200 graus) les gotes, en lloc d’evaporar-se ràpidament, ballen com boges sobre aquesta. Com es veu en el gràfic de sota, a una temperatura inferior o superior de la superfície, l’energia que es transfereix a l’aigua augmenta amb la qual cosa augmenta la velocitat d’evaporació, i hi ha un mínim sobre els 200 ºC (punt Leidenfrost) on la gota d’aigua triga més en evaporar-se. De fet, pot arribar a trigar minuts (4 o 5) en evaporar-se.

Heat transfer leading to Leidenfrost effect for water at 1 atm

Això succeeix perquè es forma una capa de vapor en el punt en què la gota entra en contacte amb la superfície calenta, capa que actua com a aïllant, ja que condueix la calor pitjor que l’aigua líquida. És un efecte que pot arribar a ser molt perillós. Per exemple si es donés en un intercanviador de calor podria anar augmentant de temperatura i disminuint la transmissió de calor fins a provocar greus danys en l’aparell.

Tornem al laberint de la Universitat de Bath

Encara que el laberint és una construcció de l’any passat, el treball científic en el que es fonamenta ja havia estat notícia al 2006 (BBC News, Bloc Ciencia de Bolsillo, etc). En aquest treball de la universitat d’Oregó s’explicava el comportament de les gotes d’aigua en ficar-se sobre una superfície gravada escalonadament, i es proposava com aplicació que el moviment espontani de les gotes d’aigua sobre la superfície podia servir per refrigerar microprocessadors, per exemple (en aquell moment no se’ls hi va ocórrer fer un carrusel pel gaudi dels frikis).

 

El New York Times, acompanyant la notícia, va publicar  la infografía de sota en relació al mencionat article de Linke, H. i altres (2006) en el Physical Review Letters, en la que es fa referència l’aplicació pràctica de refrigerar microchips.

NYT Leidenfrost

 

Per resumir tot el que he comentat, aquí teniu un vídeo de la notícia del laberint de la Universitat de Bath fet per Sciencie Friday, on es fa una explicació global del que passa.

Més experiències sobre l’efecte Leidenfrost

(Moltes d’elles ja apareixen en el llibre de Guillemin)

• Tirar nitrogen líquid a la mà.

Si es deixa caure nitrogen líquid, aire líquid o altres gasos liquats rellisca sobre ella i cau sense fer cap mal ja que el nitrogen que s’evapora actua d’aïllant entre el líquid i la mà i tampoc deixa que hi hagi contacte directe. També és possible introduir la mà en un vas Dewar que contingui nitrogen líquid sense cremar-se, encara que jo no el recomano, per si de cas.

• Llepar un ferro candent

L’efecte Leidenfrost explica per què un mag pot sortir indemne, amb la seva llengua en perfecte estat, desprès de llepar un ferro candent gràcies a la humitat de la llengua que, en evaporar-se, evita el contacte directe amb el ferro.

• Ficar la ma humida dins un pot amb un metall fos

De la mateixa manera , es pot introduir amb impunitat, per un moment, la mà en un bany de plom fos, només cal que l’artista se humitegi prèviament les mans amb líquid volàtil, aigua, alcohol, etc. Es pot comprovar en un vídeo dels Caçadors de mites.

 

• L’experiment al revés: bola de ferro en aigua

Es pot, com Tyndall, revertir l’experiment col•locant una bola prèviament escalfada al roig en aigua freda. La bola metàl•lica tarda en refredar-se a l’aigua. Al principi l’aigua s’evapora poc, però quan la bola s’ha refredat prou, de cop comença a bullir l’aigual al voltant de la bola i se sent el soroll corresponent.

 

• Les gotes d’aigua no toquen la superfície calenta.

Si es tiren gotes d’aigua sobre una planxa (de planxar pantalons) a més de 200 ºC (ficant la roda del termòstat en cotó o lli) col•locada horitzontalment i es mirar al nivell de la planxa es veu que la gota (ha d’estar acolorida fosca) no toca la superfície plana sinó que es veu llum entre la gota i la superfície, com en l’experiment de Boutigny.

Si escalfem prou una reixeta (plena de forats), i tiren a sobre unes gotes d’aigua es queden damunt i no colen pels forats.

Si s’escalfa un recipient de coure (un morter, per exemple) a la temperatura de Leidenfrost i s’afegeix àcid nítric, no atacarà el metall ja que no hi arriba a estar en contacte directe.

• Experiment de Poggendorff.

Si connectem un dels pols d’una pila a una càpsula metàl•lica (una cullera sopera, per exemple) que escalfem a més de 200 ºC i l’altre pol a la gota d’aigua que sura damunt de la càpsula, no hi passarà el corrent elèctric. Si a continuació refredem la càpsula, l’aigua s’aplanarà i es posarà en contacte amb la càpsula, el circuit es tanca i passarà el corrent durant un moment ja que es vaporitzarà ara molt ràpidament. L’aigua s’ha d’acidificar una mica per tal que sigui bona conductora.

 

• La temperatura de la gota (d’aigua) és inferior a la temperatura d’ebullició del líquid.

Es fica en una gota d’aigua que està sobre la placa que escalfem (una cullera, per exemple) la punta d’un termòmetre metàl•lic i es comprova que la temperatura sempre es manté per sota de 100 °C (si no, ja no seria líquida).

 

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s