¿Por qué una gota de agua no hierve inmediatamente cuando la ponemos en una sartén super caliente?

En el siglo XVIII, un médico alemán llamado Johann Gottlob Leidenfrost describió cómo se comporta el agua cuando alcanza una masa considerablemente más caliente que su punto de ebullición. Pero primero, mire el video de 3000 cuadros por segundo y vea si puede darse cuenta de lo que está sucediendo.

Como puede ver, el agua no hierve de inmediato. Es posible que haya visto el mismo efecto en su propia cocina. Si no, aquí está el experimento: toma una sartén seca, caliéntala extremadamente y deja caer un poco de agua sobre ella. Si la temperatura es lo suficientemente alta, verá que las gotas de agua bailarán alrededor de la superficie durante un tiempo antes de que desaparezcan. Sin embargo, si está por debajo de los 100 ºC, el agua simplemente se aplanará y se evaporará lentamente. Si está por encima de 100 ºC, el agua se evaporará rápidamente al contacto. Pero cuando llega a 190 ºC o 374 ° F, las gotas no se evaporarán durante unos segundos. De hecho, Sir William Fairbairn, un famoso diseñador victoriano de calderas de vapor, descubrió que, mientras una gota de agua se evaporaba en un silbido a 334 ° F, sobrevivió durante 152 segundos a 395 ° F (202 ° C).

La razón se llama Efecto Leidenfrost : cuando el agua toca la sartén, se forma una pequeña capa de vapor a su alrededor. Esta capa de vapor aísla la gota de la superficie caliente y la protege de la evaporación.

Cuando la superficie del recipiente está limpia y muy caliente, el agua debajo de la gota hierve instantáneamente y crea una fina capa de vapor debajo de la gota. Esta capa de vapor aísla el agua fría de la sartén caliente y la sartén caliente del agua fría, la transferencia de calor se reduce considerablemente, pero eventualmente, dependiendo del tamaño de la gotita, la gotita se evapora o la sartén se enfría por debajo de 100 ° C dejando un poco de agua sin hervir.
Aparece un pequeño gráfico durante muy poco tiempo que ilustra este efecto de Leidenfrost, si parpadea se lo pierde.
Tenga cuidado si hace este experimento, algunas gotas pueden sobrecalentarse y explotar más lejos que flotar como un aerodeslizador.
¿La física subyacente del efecto? El agua tiene una fuerte tensión superficial debido a la unión de hidrógeno y puede mantenerse unida en una gota que es muy estable.

Esto se debe al efecto Leidenfrost . Es un fenómeno físico en el que un líquido, en contacto cercano con una masa significativamente más caliente que el punto de ebullición del líquido, produce una capa de vapor aislante que evita que el líquido hierva rápidamente. Debido a esta ‘fuerza repulsiva’, una gota se cierne sobre la superficie en lugar de hacer contacto físico con ella. Esto se ve más comúnmente cuando se cocina: uno rocía gotas de agua en una sartén para medir su temperatura: si la temperatura de la sartén es igual o superior al punto de Leidenfrost, el agua se desliza por la sartén y tarda más en evaporarse que en una sartén debajo de temperatura del punto de Leidenfrost (pero aún por encima de la temperatura de ebullición). El efecto también es responsable de la capacidad del nitrógeno líquido para deslizarse por los pisos.

Mira este enlace para más detalles: efecto Leidenfrost

Las gotas de agua no están en contacto con la superficie metálica directamente, porque hay una capa delgada de vapor entre la superficie inferior del agua y la superficie metálica. La capa inferior del agua se vaporiza y se comporta de manera muy similar a una capa de aire debajo de la gota. Las gotas rozan como aerodeslizadores sobre el metal caliente.

Básicamente, cuando la sartén está muy caliente, si cae una gota de agua, una pequeña capa de agua se vaporiza rápidamente y forma una capa aislante. Esta capa aislante da como resultado una menor tasa de transferencia de calor al resto de la gota de agua y la gota de agua flota sobre la capa vaporizada.

La sartén es realmente más caliente cuando la gota flota en lugar de cuando toda la gota se vaporiza. (La capa protectora de vapor no se forma si la sartén no está muy caliente). Esta es una hermosa experiencia contraria intuitiva.

Lea un ensayo escrito por el científico bastante loco Jearl Walker (uno del trío Halliday, Resnick y Walker que escribió un libro bastante popular sobre los fundamentos de la física). La cuarta edición del libro tiene este ensayo.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/

El agua fría necesita tiempo para calentarse, por lo que le dará tiempo suficiente.

Las moléculas de agua tienen alta energía debido al calor. Por lo tanto, tienen una alta energía cinética y están listos para escapar de la superficie. El proceso de vaporización

¡Tensión superficial! Es porque la fuerza adhesiva entre las moléculas de la sartén y el agua es menor que la fuerza cohesiva entre las moléculas del agua en este caso. ☺

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