Американським фізикам вдалося зробити неможливе - змусити воду кипіти без утворення бульбашок. Вони підібрали матеріали з такою поверхнею, які опустили значення точки Лейденфроста для води до ста градусів Цельсія. Ця технологія допоможе кораблебудівникам спроектувати такі борту, які суттєво знизять тертя судна про воду.

Про те, що таке ефект Лейденфроста, прекрасно знає кожна домогосподарка, навіть якщо вона ніколи не чула такого словосполучення. А це всього лише навсього явище, при якому рідина в контакті з тілом значно більш гарячим, ніж температура точки кипіння даної рідини, створює ізолюючий шар пари, який і оберігає її від швидкого википання. Як мовиться, все просто і наочно.

У повсякденному житті ефект Лейденфроста простіше всього спостерігати під час процесу приготування їжі: адже для оцінки температури на сковороду часто бризкають воду. І якщо температура досягла або вже перевершила ту саму точку Лейденфроста, то вода збереться в краплі, які будуть "ковзати" з поверхні металу і випаровуватися довше, ніж якби це відбувалося в менш нагрітій сковороді. Тобто якщо цей ефект спостерігається, отже можна починати пекти млинці або смажити м'ясо.

Вчені, які займаються дослідженням даного ефекту, давно вже встановили одну цікаву особливість. Справа в тому, що випаровування рідини при ньому відбувається без утворення бульбашок. А все тому, що процес випаровування йде тільки на кордоні тіл, а не в усьому об'ємі рідини. У всьому цьому винен той самий прикордонний шар пара - саме він є теплоізолятором, який не дає рідини нагрітися всій відразу.

Однак, якщо температура нагрітого тіла раптом падає нижче цієї точки Лейденфроста (до речі, для води вона становить зазвичай трохи менше 200 градусів Цельсія), то рятівна "обгортка" пара зникає. У результаті рідина приходить в безпосередній контакт з твердої і дуже гарячою поверхнею, швидкість теплообміну різко збільшується і все кінчається її вибуховим вскипанием. Бульбашки при цьому, як це не сумно, утворюються.

Вчені, які займаються проблемами тертя судів про воду, яка зменшує швидкість перевезень і, відповідно, збільшує витрати на них, вже давно хотіли б знизити значення точки Лейденфроста для води - хоча б до температури її закипання, а краще ще нижче. Адже тоді при терті корпусу про воду на межі двох фаз буде виникати стабільний шар пари, в результаті якого це саме тертя зменшиться в кілька разів. Однак досі їх спроби не увінчалися успіхом - надто вже складно виявилося втілити цю цілком розумну ідею в життя.

І ось нещодавно дослідники з Массачусетського університету, схоже, нарешті змогли вирішити цю проблему. Цікаво, що спочатку вони взагалі-то займалися зовсім іншою роботою - намагалися підвищити ефективність систем охолодження для потужних комп'ютерів. В роботі мова йшла про надання мікрорельєфу поверхні, в результаті чого повинна була покращитися теплопередача між киплячою рідиною і твердим тілом.

Щоб це з'ясувати, як саме це відбувається, і яка поверхня буде краще, інженери працювали зі спеціальними зразками з кремнію, мають різну ступінь шорсткості. І ось тут-то з'ясувалося, що чим більше нерівна поверхня, тим сильніше поліпшується теплопередача. Так на квадратний сантиметр вдалося досягти теплопровідності в 208 ват, у той час як шорстка поверхня перевищувала гладку у шість разів.

Поки практики експериментували з кремнієм різного ступеня шорсткості, теоретики не втрачали часу дарма і становили модель даного процесу. В результаті їм вдалося з'ясувати, що таке покращення теплопередачі - явище цілком закономірне - вона поліпшується саме на поверхні з вираженою мікроструктурою з-за дії капілярних сил. І тут дослідників осяяла досить нетривіальна ідея - а може бути, структура з шорсткою поверхнею зможе знизити значення точки Лейденфроста для води?

Цю ідею одразу ж вирішили реалізувати на практиці. Дослідники провели серію дослідів, в яких використовували металеві сфери. Спочатку їх нагрівали, а потім просто опускали у воду. Весь фокус полягав у тому, що деякі з таких сфер перед зануренням попередньо обробляли або хімічними покриттями, або надаючи мікротекстура, щоб надати об'єктам водовідштовхувальні властивості. Всі процеси, які відбувалися під час дослідження, були записані на відео.

І ось що в підсумку вийшло - шорстким нагрітим кулях вдалося знизити точку Лейденфроста для води практично в два рази, тобто до її температури кипіння. На кадрах відеозйомки добре видно, що рідина в місці контакту зі сферою оточена шаром ізолюючого пара. В результаті чого вона закипає рівномірно, без бульбашок. І всього-то при 100 градусах Цельсія!

Втім, дослідники впевнені, що у них вийде опустити значення точки Лейденфроста для води ще нижче. Правда, поки ця можливість існує лише на папері. Проте вчені планують нову серію експериментів, для яких спеціально підбирається особлива текстура на поверхнях сфер. І якщо вони пройдуть успішно, то біля кораблів вперше може з'явитися шанс обігнати літаки....