İçeriğe atla

Leidenfrost etkisi

Bir damla su ile Leidenfrost etkisini anlatan illüstrasyon.
Leidenfrost etkisinin video şeklinde gösterimi.

Leidenfrost etkisi, 1756 yılında Alman bilim adamı Johann Gottlob Leidenfrost tarafından keşfedilen ve A Tract About Some Qualities of Common Water kitabında konu edindiği, sıvıların yüzeyleri ile temas ettiklerinde oluşan ve sıvının hızlı buharlaşması sonucu yüzeyde bir buhar tabakası oluşmasına neden olan fiziksel bir fenomendir.[1] Bu buhar tabakası, sıvının yüzeyinde oluşan bir yalıtkan tabaka görevi görür ve bu sayede sıvının yüzeyine dokunulduğunda, sıvı damlacıklarının hoplayarak hareket etmesine ve hatta bazen buharlaşarak tamamen kaybolmasına neden olur. Bu etki, sıvıların yüzeylerindeki buharlaşma hızı ile sıvının sıcaklığı, yüzey gerilimi ve çevresel koşullar gibi faktörlerden etkilenir.[2][3]

Leidenfrost eşiği

Leidenfrost eşiği, sabit film kaynatmanın başlangıcını gösterir. Kaynama eğrisinde ısı akısı minimuma ulaşır ve yüzey tamamen bir buhar örtüsü tarafından kaplanır. Yüzeyden sıvıya ısı transferi, buhar aracılığıyla iletkenlik ve radyasyon yoluyla gerçekleşir. Leidenfrost noktası, sıvının karakteristik özelliklerine ve yüzey sıcaklığına bağlı olarak değişir. Leidenfrost eşiğinin aşılması, yüzey sıcaklığındaki ani bir artışa ve sıvı üzerindeki buhar örtüsünün çökmesine neden olur. 1756 yılında Leidenfrost, sıcak yüzeyde hareket ederken buhar tabakası tarafından desteklenen su damlacıklarının yavaş yavaş buharlaştığını gözlemledi. Yüzey sıcaklığı arttıkça, buhar tabakası üzerinden radyasyon daha önemli hale gelir ve fazla sıcaklık arttıkça ısı akısı da artar.[4]

Bir büyük yatay plaka için minimum ısı akısı Zuber denkleminden türetilebilir:Burada özellikler doygunluk sıcaklığında değerlendirilir. Zuber sabiti, ortalama basınçlarda çoğu akışkan için yaklaşık olarak 0,09'dur.

Günlük hayatta Leidenfrost etkisi

Leidenfrost etkisi, günlük hayatta çeşitli şekillerde görülmektedir. Örneğin:

  1. Mutfakta: Sıcak tavaların yüzeyindeki su damlacıkları, Leidenfrost etkisi sayesinde buharlaşır ve tavanın üzerinde kalır. Bu nedenle, tavayı daha kolay tutabilir ve yemek daha rahat karıştırılabilir.
  2. Temizlikte: Buhar temizleyicileri, Leidenfrost etkisi yoluyla suyu ısıtarak ve buharlaştırarak çalışır. Bu sayede, yüzeylerdeki kir ve lekeleri daha kolay temizlenebilir hale getirmektedir.
  3. Endüstride: Leidenfrost etkisi, yüksek sıcaklıklarda malzeme işlemede ve ısı transferinde kullanılır. Örneğin, endüstriyel fırınlarda kullanılan pişirme bantları, yüksek sıcaklıklarda ürünleri taşırken Leidenfrost etkisinden yararlanır.
  4. Soğutma sistemlerinde: Leidenfrost etkisi, soğutma sistemlerinde de kullanılır. Örneğin, su soğutma kuleleri, suyun Leidenfrost etkisi yoluyla buharlaşarak soğumasını sağlar.
  5. Havacılıkta: Leidenfrost etkisi, uzay araçlarının yüzeylerindeki ısı transferini kontrol etmek için kullanılır. Özellikle, aracın yüzeyindeki sıcaklığı azaltmak için Leidenfrost etkisi kullanılır.[5]

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Clark, Carol. "New method reveals minimum heat for levitating drops". news.emory.edu (İngilizce). 9 Eylül 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 7 Nisan 2023. 
  2. ^ Vakarelski, Ivan U.; Patankar, Neelesh A.; Marston, Jeremy O.; Chan, Derek Y. C.; Thoroddsen, Sigurdur T. (Eylül 2012). "Stabilization of Leidenfrost vapour layer by textured superhydrophobic surfaces". Nature (İngilizce). 489 (7415): 274-277. doi:10.1038/nature11418. ISSN 1476-4687. 7 Nisan 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 7 Nisan 2023. 
  3. ^ Zhong, Lieshuang; Guo, Zhiguang (18 Mayıs 2017). "Effect of surface topography and wettability on the Leidenfrost effect". Nanoscale (İngilizce). 9 (19): 6219-6236. doi:10.1039/C7NR01845B. ISSN 2040-3372. 7 Nisan 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 7 Nisan 2023. 
  4. ^ "KAYNAMA VE LEIDENFROST ETKİSİ" (PDF). LEIDENFROST ETKİSİ. Reed Colleage. 2 Mayıs 2000. 4 Nisan 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 7 Nisan 2023. 
  5. ^ Gauthier, Anaïs; Bird, James C.; Clanet, Christophe; Quéré, David (13 Aralık 2016). "Aerodynamic Leidenfrost effect". Physical Review Fluids. 1 (8): 084002. doi:10.1103/PhysRevFluids.1.084002. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Hâl değişimi</span>

Hâl değişimi, bir maddenin moleküller arası potansiyel enerjisinin ısı alarak ya da vererek değişmesi sonucu meydana gelen olay.

<span class="mw-page-title-main">Sıvı</span> maddenin 2. hali

Sıvı, maddenin ana hâllerinden biridir. Sıvılar, belli bir şekli olmayan maddelerdir; içine konuldukları kabın şeklini alır, akışkandırlar. Sıvı molekülleri, sıvı hacmi içinde serbest hareket ederler, fakat partiküllerin ortak çekim kabiliyeti, hacmin izin verdiği ölçüdedir. Sıvılar sıkıştırılamaz.

<span class="mw-page-title-main">Akışkanlar dinamiği</span> hareket halindeki akışkanların (sıvılar ve gazlar) doğal bilimi

Fizik, fiziksel kimya ve mühendislikte akışkanlar dinamiği, akışkanların akışını tanımlayan akışkanlar mekaniğinin bir alt disiplinidir. Aerodinamik ve hidrodinamik dahil olmak üzere çeşitli alt disiplinleri vardır. Akışkanlar dinamiğinin, uçaklardaki kuvvetlerin ve momentlerin hesaplanması, boru hatları boyunca petrolün Kütle akış hızının belirlenmesi, hava durumu modellerinin tahmin edilmesi, uzaydaki bulutsuların anlaşılması ve fisyon silahı patlamasının modellenmesi dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesi vardır.

<span class="mw-page-title-main">Soğutma</span>

Soğutma, bir maddenin veya ortamın sıcaklığını, onu çevreleyen ortamın sıcaklığının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısısının alınması işlemine denir.

<span class="mw-page-title-main">Yağmur</span>

Yağmur, atmosferik su buharından yoğunlaşan ve daha sonra yerçekiminin etkisiyle düşen su damlacıklarıdır. Yağmur, su döngüsünün önemli bir bileşenidir ve Dünya'daki tatlı suyun çoğunun birikmesinden sorumludur. Hidroelektrik santralleri, mahsul sulama ve birçok ekosistem türü için uygun koşullar için su sağlar.

<span class="mw-page-title-main">Buharlaştırıcı</span>

Buharlaştırıcı, kaynama noktası farkından yararlanarak karışımları birbirinden ayırmayı sağlayan bir endüstriyel ekipmandır. Buharlaştırıcılar bir çözeltideki çözücü maddeyi veya bir sıvı karışımdaki daha düşük kaynama noktasına sahip bileşeni buharlaştırarak uzaklaştırılmasını sağlar. Neredeyse bütün endüstriyel işlemlerde çözücü bileşen sudur, suyun uzaklaştırılmasıyla daha derişik bir karışım elde edilmiş olur. Sıvı halde kalan derişik karışım genelde üründür. Buharlaşan bileşen su ise oluşan su buharı atmosfere verilebilir ya da içerdiği ısı sebebiyle endüstriyel süreçlerde tekrar kullanılabilir. Buharlaşan bileşen eğer su haricinde bir çözücü maddeyse değerli olduğundan ötürü uzaklaştırılmaz ve tekrar kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Navier-Stokes denklemleri</span> Akışkanların hareketini tanımlamaya yarayan denklemler dizisi

Navier-Stokes denklemleri, ismini Claude-Louis Navier ve George Gabriel Stokes'tan almış olan, sıvılar ve gazlar gibi akışkanların hareketini tanımlamaya yarayan bir dizi denklemden oluşmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Viskozite</span> bir sıvının fiziksel özelliği

Viskozite, akmazlık veya ağdalık, akışkanlığa karşı direnç. Viskozite, bir akışkanın, yüzey gerilimi altında deforme olmaya karşı gösterdiği direncin ölçüsüdür. Akışkanın akmaya karşı gösterdiği iç direnç olarak da tanımlanabilir. Viskozitesi yüksek olan sıvılar ağdalı olarak tanımlanırlar.

<span class="mw-page-title-main">Elektrostatik</span> durağan elektrik yüklerinin incelenmesi

Elektrostatik, duran veya çok yavaş hareket eden elektrik yüklerini inceleyen bir bilim dalıdır.

<span class="mw-page-title-main">Genleşme</span> Genleşen cisim hacmi artacağından dolayı yüzer.

Genleşme, sıcaklığı artırılan bir cismin uzunluk ya da hacminin değişmesi olayıdır.

Grashof sayısı akışkanlar dinamiği ve ısı transferinde kullanılan boyutsuz bir sayıdır. Sık sık doğal taşınımı içeren konularda ortaya çıkar. Adını Alman mühendis Franz Grashof'tan alır.

dikey düz yüzeyler için
borular için
kaba cisimler için
g = yerçekimi ivmesi
β = genleşme katsayısı
Ts = yüzey sıcaklığı
T = ortam sıcaklığı
L = uzunluk
D = çap
ν = kinematik viskozite
<span class="mw-page-title-main">Yoğunlaşma</span>

Yoğunlaşma veya yoğuşma, maddenin fiziksel halinin gaz fazından sıvı faza değişimi ve buharlaşmanın tersidir. En sık su döngüsü anlamında kullanılır. Atmosfer içinde bir sıvı veya katı bir yüzey veya Yoğunlaşma bulutu ile temas ettiğinde, su buharının sıvı suya değişmesi olarak da tanımlanabilir. Doğrudan gaz fazdan katı faza geçiş gerçekleştiğinde, değişime kırağılaşma denir.

<span class="mw-page-title-main">Elektriksel özdirenç ve iletkenlik</span> Wikimedia anlam ayrımı sayfası

Elektriksel öz direnç, belirli bir malzemenin elektrik akımının akışına karşı nicelleştiren bir özelliktir. Düşük bir direnç kolaylıkla elektrik akımının akışını sağlayan bir malzeme anlamına gelir. Karşıt değeri, elektrik akımının geçiş kolaylığını ölçen elektriksel iletkenliktir. Elektriksel direnç, mekanik sürtünme ile kavramsal paralelliklere sahiptir. Elektriksel direncin SI birimi ohm, elektriksel iletkenliğin birimi ise siemens (birim) (S)'dir.

Bulut fiziği, fiziksel işlemlerdeki çalışmalardır ve bu oluşuma, büyümeye ve atmosfer bulutlarının çökelmesine yol açar. Bulutlar sıvı suyu mikroskobik damlacıklar halinde içerir, buzların küçük kristalleri veya ikisi de. Bulut damlacıkları başlangıçta su buharının yoğunluğunun yoğun çekirdeğin üzerinde olmasıyla oluşur aynı zamanda Köhler teorisine göre havanın aşırı doymuşluğu kritik değeri aşar. Kelvin etkisinden dolayı bulut yoğunlaşma çekirdeği bulut damlacıkları formasyonu için gereklidir, eğimli yüzeyden dolayı bu buhar basıncındaki doyma ile tasvir edilebilir. Küçük çapta, aşırı doymuşluk miktarı yoğunlaşmanın çok büyük olması için gereklidir, bu doğal bir şekilde gerçekleşmez. Raoult ilkesi, çözelti nasıl buhar basıncına bağlı bunu tasvir eder. Yüksek konsantrasyonda, bulut damlacıkları küçük olduğunda, çekirdeğin oluşumu dışından küçük olması aşırı doymuşluk gerektirir.

<span class="mw-page-title-main">Soğutma grubu</span> chiller

Soğutucu, buhar sıkıştırmalı, adsorpsiyonlu soğutma veya absorpsiyonlu soğutma çevrimleriyle sıvı soğutucudan ısıyı alan makinedir. Bu sıvı daha sonra ekipmanı soğutmak için ısı değiştiriciden veya başka proses akışından dolaştırılabilir. Soğutma, ortama verilmesi gereken veya yüksek verimlilik için ısıtma amacıyla geri kazanılması gereken atık ısı oluşturur.

Viskoz akışkanlar dinamiği alanında, Arşimet sayısı (Ar), akışkanların yoğunluk farklılıklarından kaynaklanan hareketlerini değerlendirmek amacıyla kullanılan bir boyutsuz sayıdır ve bu sayı, antik Yunan bilim insanı ve matematikçi Arşimet'e atfen adlandırılmıştır.

Stanton sayısı (St), bir akışkana aktarılan ısının akışkanın ısı kapasitesine oranını ölçen bir boyutsuz sayıdır. Stanton sayısı, Thomas Stanton (mühendis)'in (1865–1931) adına ithafen verilmiştir. Bu sayı, zorlanmış konveksiyon akışlarındaki ısı transferini karakterize etmek için kullanılır.

Türbülanslı Prandtl sayısı (Prt), momentum girdap difüzyonu ile ısı transferi girdap difüzyonu arasındaki oran olarak tanımlanan bir boyutsuz terimdir. Bu sayı, türbülanslı sınır tabaka akışlarındaki ısı transferi problemlerinin çözümünde oldukça önemlidir. Prt için en basit model Reynolds benzeşimi olup, türbülanslı Prandtl sayısını 1 olarak belirler. Deneysel verilere dayanarak, Prt'nin ortalama değeri 0,85 olup, sıvının Prandtl sayısı'na bağlı olarak 0,7 ile 0,9 arasında değişmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Weber sayısı</span>

Weber sayısı (We), akışkanlar mekaniği alanında farklı iki akışkan arasındaki ara yüzeylerin bulunduğu akışkan akışlarını analiz ederken sıkça kullanılan bir boyutsuz sayıdır ve özellikle yüksek derecede eğilmiş yüzeylere sahip çok fazlı akışlar için oldukça faydalıdır. Bu sayı, Moritz Weber (1871–1951)'in adıyla anılmaktadır. Bu sayı, akışkanın eylemsizliğinin yüzey gerilimine kıyasla göreceli önemini ölçmek için kullanılan bir parametre olarak düşünülebilir. İnce film akışlarının ve damlacık ile kabarcık oluşumlarının analizinde büyük önem taşır.

<span class="mw-page-title-main">Isı borusu</span>

Isı borusu, iki katı arayüz arasında ısı transferi yapmak için faz geçişi kullanan bir ısı transfer cihazıdır.