Sbírka fyzikálních pokusů

Leidenfrostův jev

Pokus číslo: 4554

• Cíl pokusu

  Cílem pokusu je demonstrovat Leidenfrostův jev.

• Teorie

  Leidenfrostův jev nastává, když kapalina přijde do kontaktu s dostatečně rozpáleným povrchem pevné látky. Pokud má pevná látka teplotu mnohem vyšší, než je teplota varu dané kapaliny, konkrétně teplotu nad tzv. Leidenfrostovým bodem této kapaliny, pak se při jejich kontaktu část kapaliny rychle odpaří. Takto vzniklá pára zůstane pod kapalinou a vytvoří tak izolační vrstvičku, která vede teplo mnohem hůř než kapalina samotná. Kapalina pak má vlivem povrchového napětí tvar kulovité kapky, která levituje na izolační vrstvičce páry, a její vypařování probíhá mnohem pomaleji. Například větší kapka vody se takto může vypařovat i několik minut. Protože pára zpod kapky uniká nerovnoměrně, kapka se chaoticky pohybuje po rozpáleném povrchu, v závislosti na tom, jakým směrem zrovna uniká nejvíce páry.

• Pomůcky

  Vařič, hrnec nebo pánev, nádoba s vodou, stříkačka.

  

• Postup

  1. Hrnec postavíme na vařič a vařič zapneme.

  2. Do stříkačky nabereme vodu.

  3. Stříkačkou kápneme vodu na dno hrnce.

  4. Pokud ještě dno není dostatečně horké, bude se kapka jen obyčejně vařit nebo se bude jen vypařovat – pak musíme chvilku počkat a zkusit další kapku.

  5. Když je dno dostatečně horké, pozorujeme chaoticky se pohybující kapičky vody, které se jen poměrně pomalu vypařují.

• Vzorový výsledek

  Průběh experimentu zachycuje video níže – na rozpálené dno hrnce kapeme kapky vody a pozorujeme, jak se chaoticky pohybují. Dno hrnce ve videu zřejmě není úplně vodorovné, protože kapky se pohybují převážně k jedné straně hrnce, u které se nakonec slejí v jedinou velkou kapku.

• Technické poznámky

  • Při tomto experimentu zahříváme prázdný hrnec nebo pánev, takže se snadno může stát, že se zahřeje na výrazně vyšší teplotu, než při které je při vaření běžně používán. Nemůžeme tak používat libovolné hrnce a pánve, protože ne všechny tuto teplotu vydrží. Nerezové hrnce nebo pánve jsou obecně dobré, naopak pánve s nepřilnavou povrchovou úpravou jsou nevhodné, protože by se mohly zničit.

  • Leidenfrostův bod pro vodu, kterou v experimentu používáme, se pohybuje mezi 190 °C a 250 °C (v závislosti na povrchu pevné látky). Jak uvádíme výše, typicky jsou ale hrnec nebo pánev zahřáty na vyšší teplotu.

  • Ve škole typicky nemáme sporák, ale dá se použít přenosný elektrický vařič, outdoorový vařič na propanbutan nebo kahan. Je ale třeba si vyzkoušet, zda budou schopné dostatečně rozehřát dno hrnce.