ライデンフロスト効果

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ライデンフロスト効果(ライデンフロストこうか、Leidenfrost effect)とは、液体をその沸点よりはるかに熱く熱した金属板などの高温固体に滴らすと、蒸発気体の層が液体の下に生じて熱伝導を阻害するために、液体が瞬時に蒸発してしまうのを妨げる現象によって生じる効果のことである。

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ライデンフロスト現象[編集]

この現象はライデンフロスト現象と呼ばれ、熱したフライパンに水滴を落とした時に観察できる。

高温の固体表面と、その温度では蒸発する沸点の液体との両者の関係においての物理現象であり、固体と液体は温度条件さえ合えば特に限定されないが、以下の説明を簡単にするために、フライパンと水で説明する。

フライパンの温度が摂氏100度近くか又はそれ以上になった時、その表面に水滴が垂らされると、水滴がフライパンに接する部分が気化・蒸発して薄い蒸気の膜を作り、水がそれ以上フライパンと直接接することを阻むことになる。この蒸気は水滴がフライパンに接触する度に瞬間的に水滴とフライパンとの間で生じ、また、水蒸気の対流によって加熱された水滴の下部から常に新たな水蒸気が補給されるために、フライパンと水滴との接触はほとんど起こらなくなる。両者の接触が無いために熱の伝達が非常に遅くなり、水滴の蒸発に時間がかかる。また、この水蒸気の膜の上に浮いている水滴はフライパンとの摩擦が小さくなるため、容易に横滑りするようになる[1]

ドイツの医師ヨハン・ライデンフロストJohann Gottlob Leidenfrost)が1756年の論文 "De Aquae Communis Nonnullis Qualitatibus Tractatus" で論じたためにこの名がついた。現象自体は1732年にオランダヘルマン・ブールハーフェによって観察されている。


ライデンフロスト温度[編集]

140℃付近で反転した後、300℃付近で再び反転する。

出典によってライデンフロスト温度の定義が異なっており、

  1. ライデンフロスト現象が最高となる温度[1]
  2. ライデンフロスト現象の始まる温度[2]

の両方が混在して用いられていると推定できる。

最高となる温度[編集]

ライデンフロスト現象では高温固体の温度変化に応じた液体の蒸発時間に特異なピーク点が存在する。例えば、水では固体表面側が摂氏90度から140度付近までは滴は高温になるほど早く蒸発するがそれ以降は、140度付近から300度前後までは、温度が高いほど蒸発に時間が掛かるようになり、300度前後でピークを迎えた後は、再び温度が高いほど早く蒸発する。この300度付近にあるピークの温度は(最高となる温度の)ライデンフロスト温度と呼ばれる[1]。ライデンフロスト現象が起こる温度は高温固体側の表面濡れ性も関係するという研究もある[3]

始まる温度[編集]

ライデンフロスト温度を予測することは難しい。液滴の量を同じにしても、加熱板表面の性質、液体に含まれる不純物などによって大きく変わりうるからである。理論的なモデルを使った研究が行われているがこれは非常に複雑なものとなっている[4]

荒い見積りでは、水一滴をフライパンに落とすケースでの(始まる温度の)ライデンフロスト温度摂氏160度となる。

出典[編集]

  1. ^ a b c 高島武雄・飯田喜宏著 『蒸気爆発の科学』 裳華房 1998年11月25日第1版発行 ISBN 4-7853-8700-9
  2. ^ http://jolissrch-inter.tokai-sc.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Research-2005-016.pdf
  3. ^ www.tokai.t.u-tokyo.ac.jp/~imai/data/research/pdf/htsj0105-2.pdf
  4. ^ Bernardin and Mudawar, "A Cavity Activation and Bubble Growth Model of the Leidenfrost Point," Transactions of the ASME, (Vol. 124, Oct. 2002)

関連項目[編集]

外部リンク[編集]

  • Self-Propelled Liquid Droplets 高速度撮影でとらえた映像、写真、その説明。合衆国オレゴン大学 Heiner Linkeによるサイト