INTRODUCCION El efecto Leidenfrost, es un fenómeno un fenómeno que ocurre cuando un líquido un líquido entra en contacto con un objeto a una temperatura mucho mayor que su punto su punto de ebullición, creando ebullición, creando una película de vapor de vapor que aísla el resto del líquido evitando así que evapore que evapore rápidamente. También es el nombre dado al fenómeno de la capa de vapor de vapor que se forma alrededor de un líquido, al encontrarse sobre una superficie con temperatura significativamente mayor al punto al punto de ebullición de ese líquido.
BIOGRAFIA Leidenfrost: Johann Gottlob L., nació el 24 de Novbr. 1715 Rosperwenda en el condado de Stolberg, donde su padre John. Henry, pastor era. Para los estudios teológicos determinaron L. gacha pronto ir a la ciencia médica, estudió en Giessen. Leipzig y Halle, donde a la promo Dr. med. Virte. Su tesis "Sobre la relación armónica de los movimientos en el cuerpo humano", explicó a sus maestros para el trabajo de los hombres. Las nuevas y audaces ideas de insinuaron un genio que nació para ampliar la ciencia. Se hizo conocido por sus principales hombres a través de sus viajes, cuya atención que atrajo muy apreciada. Berlín fue el Ministro de Estado de Cocceji su patrón, la Real. Personal médico y director de la Academia de Ciencias de la división física Elber, su amigo. Él hizo la guerra con el ejército de Silesia Medicus y recibió en el año 1743 un profesor Medicinische en la Universidad de Duisburg a. Rh., El mayor adorno que era y que nunca se fue, incluso en las más brillantes oberturas de otras universidades de nuevo. Sus conferencias se dieron gratis sin libros, ejercieron un gran atractivo para su público. Él sabía que el asunto más seco arrebatar un estímulo. Su método era una onda estrictamente sistemático y práctico. Con su actividad académica, se unió a una práctica médica de cerca y lejos examinó víctima de todo tipo para su ayuda. Correspondencia médica le ocupó durante varias horas al día. Su actividad literaria se extendió no sólo a su tema y de hecho casi todas las ramas de la misma, sino también matemática, ciencias físicas y naturales, y aun lo que resultó ser un estudioso de la historia, la pedagogía y la filosofía. Sus conferencias como sus escritos académicos estaban imbuidos del espíritu de la filosofía y su profundo conocimiento de la historia de la filosofía lo salvaron de hipótesis. La mayoría lo puso en el empirismo de Baco, cuyos principios que había hecho suya. Su gran servicio a su ciencia especializada de amplia aceptación entre los expertos en la actualidad. Su nombre es también de importantes descubrimientos en otros campos del conocimiento inmortal, sólo se necesita aquí llamado "fenómeno de Leidenfrost" ser. - De los dos reyes de Prusia, entre los que vivió, que recibió algunas brillantes | pruebas de su benevolencia, la Academia de Ciencias de Berlín lo llevó a la serie de honor de sus miembros. La Universidad de Duisburg a la izquierda en su 50 aniversario el profesor (septiembre 1793) caracterizar su honor una medalla que lleva su semejanza en el frente y su nombre en la parte posterior de la Hygiaea con patera y la inscripción dedicatoria de la Universidad. La jornada festiva pasó el cumpleaños de niño con su humilde sentido sola en el silencio. Él murió como un verdadero cristiano calma y determina en el segundo DECBR. 1794. Su esposa, nacida Kalckhoff de Duisburg le fue
precedida en la muerte. Sus numerosos estudiantes que lo adoraban y aprecian él con emoción zuführten copias de sus hijos a la escuela, para poner un monumento en su honor. - Sus escritos, que ya forman una larga lista de sus títulos, tiene uno de sus descendientes Dr. Rob. Leidenfrost, pastor en Graz figuran en su totalidad en su "genealogía de la familia Leidenfrost", Graz 1876. Su gran nombre tiene poco después de su muerte, su colega el Dr. AW Möller celebra en la biografía "Survival, el carácter y los méritos de JG Leidenfrost" Duisburg 1795 ,
Pierre Hippolyte Boutigny Pierre Hippolyte Boutigny (1798-1884) realizó estudios del efecto Leidenfrost y pensó que las gotas que quedaban suspendidas sobre la superficie de la placa caliente constituían un nuevo estado de la materia, lo que él denominó estado esferoidal .
EFECTO LEIDENFROT El efecto se puede visualizar rociando gotas de agua sobre una bandeja a distintas temperaturas. Inicialmente, con la temperatura de la bandeja por debajo de los 100 ° C, el agua se aplana y se evapora lentamente. A medida que la temperatura de la bandeja pasa por encima de 100 ° C, las gotas de agua dan un silbido al tocar la sartén y se evapora rápidamente. Más tarde, cuando la temperatura excede el punto de Leidenfrost, el efecto Leidenfrost entra en juego. Al contacto con la sartén, se forma un montón de pequeñas gotas de agua que resbalan sobre la superficie, tardando en evaporase más tiempo que cuando la temperatura de la sartén era menor. Este efecto sucede hasta alcanzar una temperatura mucho más alta que hace que cualquier gota de agua que se evapore demasiado rápido para causar este efecto. Esto es debido a que a temperaturas por encima del punto Leidenfrost, la parte inferior de la gotita de agua se vaporiza inmediatamente en contacto con la placa caliente. El gas resultante eleva el resto de la gota de agua justo encima de él, impidiendo cualquier contacto directo entre el agua líquida y la placa caliente. Como el vapor tiene una conductividad térmica mucho menor, la transferencia de calor entre la bandeja y la gota se ralentiza considerablemente. Además esto permite a la gota deslizarse con muy poco rozamiento sobre la capa de vapor bajo ella.
Transferencia de calor con la temperatura La temperatura a la cual el efecto Leidenfrost comienza a ocurrir no es fácil de predecir. Incluso si el volumen de la gota de líquido permanece igual, el punto Leidenfrost puede ser bastante diferente, con una dependencia complicada en las propiedades de la superficie, así como cualesquiera impurezas en el líquido. Algunas investigaciones han llevado a cabo en un modelo teórico del sistema, pero es bastante complicado. Como un cálculo muy aproximado, el punto de Leidenfrost de una gota de agua en una sartén puede ocurrir a 193 ° C. El efecto fue descrito también por el eminente diseñador de caldera de vapor de la época victoriana, Sir William Fairbairn, en referencia a su efecto sobre la reducción masiva transferencia de calor desde una superficie de hierro caliente al agua, tal como dentro de una caldera. En un par de conferencias sobre el diseño de la caldera, citó el trabajo de M. Boutigny del profesor Bowman, del King's College, de Londres donde se estudiaba esto. Una gota de agua que se evapora casi de inmediato a 168 ° C persistió durante 152 segundos a 202 ° C. Como resultado paradójico las temperaturas más bajas en una caja de fuegos de la caldera puede evaporar el agua más rápidamente, comparar el efecto Mpemba. Un enfoque alternativo es aumentar la temperatura más allá del punto Leidenfrost. Fairbairn considera esto también, y puede haber considerado la caldera de vapor flash, pero consideró que los aspectos técnicos insuperables para la época. El punto Leidenfrost también se puede definir como la temperatura para la cual la gota flotando dura más tiempo.
NOCIONES BÁSICAS El calor siempre es transferido cuando existe una diferencia de temperatura entre 2 cuerpos. Hay 3 modos básicos de transferencia de calor:
Conducción: implica la transferencia de calor por interacciones entre moléculas adyacentes en un material Convección: implica la transferencia de calor cuando hay desplazamiento de la masa del fluido o gas. La convección natural se da cuando al aumentar la temperatura de una porción del fluido, ésta disminuye su densidad y se eleva siendo reemplazado por una porción más fría. Radiación: implica la transferencia de calor por radiación electromagnética y crece con la temperatura del cuerpo. La transferencia de calor por radiación no necesita un medio para producirse. Cualquier material que tiene una temperatura por encima del cero absoluto emite energía por radiación.
BASE TEORICA Se puede calcular la transferencia de calor Q /A, desde el cuerpo de Cu de área A hacia el baño, suponiendo que no hay gradientes térmicos en el cuerpo, mediante la siguiente ecuación:
Donde Cp(T) es el calor específico molar del Cu a presión constante, n es el número de moles, y T la temperatura del cuerpo sumergido. Dado que se quiere determinar. Q /A es necesario medir T(t) y conocer, A, n y Cp(T). El calor específico molar a presión constante, Cp(T), está relacionado con el calor específico a volumen constante, Cv(T) por la siguiente expresión [3] : Cp(T) = Cv(T) + VTβ
donde V es el volumen del cuerpo, β el coeficiente isobárico de expansión térmica y κ es la compresibilidad isotérmica. Para el rango de temperaturas de interés (entre ambiente y 77 K), la diferencia entre Cp y Cv es a lo sumo del 3 % de Cv, y encuentra este valor máximo a los 300 °K. Por la tanto es posible despreciar el término VTβ^2/κ en la Ec.(2) El calor específico de un sólido, Cv, tiene una contribución electrónica γT y una
contribución de fonones Cl Cv = γT + Cl (T) (3)
La constante electrónica, γ, par a el cobre varía entre (1.60 – 1.80) x 10-4 cal/mol*grado2.
La máxima contribución al Cv, en el rango de 70 a 300 K, ocurre a los 70 K donde es 2.5% de Cv [3]. Por tanto es posible despreciar la contribución fonónica Cl en la Ec. (3). Para calcular Cl (T) se debe emplear el modelo de Debye, el cual considera al sólido como un continuo elástico de volumen V, formado por N átomos y por tanto, 3N modos normales. De este modelo resulta
El modelo de Debye es complicado para trabajar, ya que la expresión para calcular Cv contiene una integral en θ/T.
El modelo de Einstein para Cv es más sencillo ya que considera iguales a las 3N frecuencias, pero es más impreciso que el de Debye, sobre todo a bajas temperaturas. Para este modelo se encuentra que:
Donde R es la constante de los gases y θ E la temperatura característica de Einstein.
Este modelo se aproxima razonablemente al de Debye utilizando
con a = 0.77 ; b = 0.26 ; c = 9.17 y Θ D = 315 K para el Cu.
Se puede entonces determinar la transferencia de calor, midiendo T(t) y utilizando las ecuaciones (1), (4) y (5).
Aplicaciones El 19 de Abril de 2006 apareció, en Physical Review Letters, un artículo escrito por el Dr. Heiner Linke y un equipo del Instituto de Ciencia de los Materiales y del Departamento de Física de la Universidad de Oregon, en el que se describe como, gracias al efecto Leidenfrost, los líquidos se muevan por sí mismos, a velocidades de varios centímetros por segundo, en una dirección cuando se colocan sobre superficies calientes y asimétricas. Este hecho se observa en todos los líquidos. En un futuro, la capacidad de controlar la dinámica de líquidos es fundamental en aplicaciones tales como la nanotecnología de los chip, la impresión mediante inyección de tinta, el control térmico de procesadores,..."
Datos interesantes acerca del efecto Leidenfrost Gracias al efecto Leidenfrost, podemos realizar impresionantes demostraciones, Por ejemplo, el efecto Leidenfrost puede evitar que una mano se congele La temperatura de ebullición (temperatura a la cuál el líquido se convierte en gas) del nitrógeno es de 77.36 K, es decir de 195.79°C. La mano y el suelo están a temperatura ambiente, que, desde la perspectiva del nitrógeno líquido, son superficies extremadamente calientes. Entonces por el efecto Leidenfrost, se forma una capa de vapor de nitrógeno alrededor de la mano o del piso que los aísla por un momento del resto del nitrógeno líquido. El experimentador en el vídeo decide no meter su mano en el frasco estrecho, pues si se atorara, el vapor alrededor de la mano adquiriría la temperatura del nitrógeno líquido a su alrededor, por lo que dejaría de existir la capa aislante alrededor de la mano y el experimentador perdería su mano por congelación. El otro caso se va al otro extremo de las temperaturas. Trata con temperaturas muy calientes. Es decir, el experimentador en este caso introduce sus dedos en plomo derretido. Para lograr esto satisfactoriamente, es fundamental que el experimentador moje primero su mano y después la introduzca en el plomo. Pero también debe tener cuidado, pues si el plomo no se calienta lo suficiente y su temperatura está debajo del punto de Leidenfrost del agua, el plomo se adherirá a su piel, provocando graves quemaduras.