水滴在跳舞

在通常情況下，液體的溫度越高，汽化速度越快。然而，在特殊的情況下，結(jié)果卻恰恰是與此相反。

會跳舞的水滴

做菜時，不小心把水滴濺到燒得很熱的煎鍋里時，水滴會像芭蕾舞演員一樣翩翩起舞，一面旋轉(zhuǎn)，一面不停地跳躍著。這種有趣的現(xiàn)象只有在煎鍋燒得很熱時才能看到。如果煎鍋是溫?zé)岬模蔚粼谏厦婢蜁杆僬舭l(fā)干，便不會上演如此奇妙、有趣的一瞬間。

也許好奇而又善于思考的你在這一刻會感到納悶而陷入沉思：在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點是100℃，溫度越高，水汽化速度也越快。把一杯水倒進(jìn)300℃的坩堝中，要比倒進(jìn)150℃的坩堝中汽化得快些，原因是坩堝的溫度高，在單位時間內(nèi)傳遞給水的熱量也就越多。為什么水滴在更熱的煎鍋上消失得比溫?zé)岬募邋伾弦恍┠?按照常規(guī)思維，煎鍋越熱，水滴應(yīng)該蒸發(fā)越快才對!

對于上述有趣的現(xiàn)象，科學(xué)家們也感到非常奇怪。早在1756年，德國的物理學(xué)家萊頓弗羅斯特就注意到了水滴掉落在燒得通紅的鐵勺上的情形。萊頓弗羅斯特發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水滴掉落在剛從爐火中取下來的赤熱鐵勺子里時，第一滴水滴竟然懸浮起來并持續(xù)了30秒，而大小相同的第二滴水只能存留大約10秒鐘的時間就汽化完畢，此后掉落入勺子中同樣大小的水滴只能存留1～2秒鐘的時間，就會汽化完畢了。萊頓弗羅斯特也是第一位描述這種現(xiàn)象的科學(xué)家，因此后來人們就把這種現(xiàn)象叫做“萊頓弗羅斯特現(xiàn)象”。

謎底逐漸揭開

由于當(dāng)時各方面條件的限制，萊頓弗羅斯特還不能對這種奇特而又非常有趣的現(xiàn)象做出完全合理的解釋。不過，現(xiàn)在科學(xué)家們通過用高速攝像機(jī)拍攝下了水滴“翩翩起舞”時的各種姿態(tài)，最終弄清楚了水滴跳舞的秘密。

當(dāng)金屬板的溫度很高時，水滴掉落在金屬板上，由于彈性作用它會向上反彈，同時，在接觸高溫表面的一瞬間，水滴表面一薄層會很快被汽化，形成了一個厚度約0.1mm的蒸汽層。這層水蒸汽會把水滴托起來，使水滴不能接觸到金屬板。由于水蒸汽的導(dǎo)熱性能很差，因此它阻礙了金屬板與水滴之間的熱傳遞，使得水滴不能吸收大量的熱而迅速地汽化，所以水滴就能夠在金屬板上持續(xù)存留較長時間。細(xì)心的人才會看到水滴在金屬板上不停地旋轉(zhuǎn)、跳動、振蕩。

這種效應(yīng)也被稱為“萊頓弗羅斯特效應(yīng)”——液體在潮濕且溫度足夠高的表面會汽化形成氣體層的現(xiàn)象。這個效應(yīng)保證了溫度比液氮高得多的手掌被一層熱導(dǎo)率低的氣體隔絕而不被凍傷。其原理和水滴能在熱煎鍋上跳舞是一樣的。對于液氮來說，人的手就好比是熾熱的煎鍋，其表面的溫度比液氮的沸點高出100多攝氏度。于是在與肌膚接觸的瞬間，液氮快速蒸發(fā)形成一層氣態(tài)氮隔在皮膚與液氮之間，從而使手保持瞬間的安全與溫暖(裸手伸入液氮或接觸液氮盡管有“萊頓弗羅斯特效應(yīng)”的保護(hù)，但依然極其危險，讀者不可模仿!)。當(dāng)我們用濕手指掐滅蠟燭時，也正是依靠著這個效應(yīng)的保護(hù)。

但當(dāng)?shù)诙嗡温湎聲r，由于自然冷卻和第一滴水的冷卻作用，上述效應(yīng)顯著減弱，水滴會更多地與鍋面接觸，所以汽化更快了。而如果金屬板的溫度較低時，掉落的水滴由于汽化形成的蒸汽層較薄，得不到蒸汽層的有效保護(hù)而直接與溫?zé)岬慕饘侔宕竺娣e接觸，可以快速地從金屬板上吸收熱量而迅速被汽化，所以會蒸發(fā)得很快。

不過值得注意的是，并不是金屬板的溫度越高，掉落在上面的水滴汽化就越慢。當(dāng)金屬板的溫度在500℃以上時，由于金屬板會通過熱輻射的方式把熱量傳遞給水滴，水滴能夠存留的時間反而不如溫度低于500℃的時間長。

液滴在金屬板上存留時間最長的溫度，被稱為“萊頓弗羅斯特溫度”。比如水的萊頓弗羅斯特溫度為300℃，白醋的萊頓弗羅斯特溫度為230℃。