Физики научились ставить кипение воды «на паузу»

Американские ученые разработали технологию, которая буквальным образом позволяет ставить процесс кипения воды «на паузу», мешая образованию пузырьков внутри кипящей жидкости, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

«Эта технология позволит нам проанализировать процесс кипения воды на самом фундаментальном уровне. Понимание его позволит нам создавать поверхности, позволяющие достичь максимального переноса тепла, а также понять, как мы можем заставить воду кипеть в условиях невесомости, где отсутствие гравитации приводит к скоплению пузырьков на нагреваемой поверхности», — заявил Шалаб Мару (Shalabh Maroo) из университета города Сиракьюз (США).

Мару и его коллеги научились останавливать кипение благодаря двум вещам — специальному лазеру и особой кремниевой пластинке-нагревателю, взаимодействие которой с лазерным лучом предотвращало появление пузырьков в воде.

Как рассказывают ученые, процесс появления пузырьков с паром внутри кипящей жидкости пока остается загадкой для физиков: они пока не до конца уверены в том, что знают, как происходит фазовый переход между жидким и газообразным состоянием воды или других веществ, от чего зависят размеры и другие свойства пузырьков.

Пузырьки пара, по словам Мару, формируются у дна нагреваемого сосуда, где они растут и затем поднимаются к поверхности. Их свойства, отмечает ученый, зависят от того, как устроена тонкая водная прослойка, отделяющая дно сосуда от нижней части пузырька. Изучение этого слоя до настоящего времени было фактически невозможно из-за скорости формирования пузырьков и отсутствия надлежащих инструментов по наблюдению за ними.

Группа физиков под руководством Мару получилось «заморозить» процесс формирования пара, облучая пластину из трех слоев — чистого оксида кремния, золота и силиконового стекла, расположенную на дне сосуда с горячей, но не кипящей водой, при помощи сверхкоротких импульсов лазера.

При постоянной «лазерной бомбардировке» на поверхности этой пластины возникает пузырь из пара, который будет оставаться «приклеенным» к ней часами, пока ученые будут продолжать облучать кремниевый «бутерброд».

Наблюдения за этим «замороженным» пузырем пара уже помогли физикам раскрыть несколько интересных и ранее неизвестных особенностей того, как кипит вода. К примеру, ученые выяснили, что структура прослойки между пузырем и дном сосуда зависит от степени нагрева — чем выше температура, тем тоньше будет этот слой.

Более того, при достижении определенной отметки он делится на три разных региона — в его центральной части возникает сухое пятно, а по краям — две зоны испарения воды, в которых жидкость превращается в пар по двум разным сценариям.

Их изучение, как надеются ученые, поможет создать новые сверхэффективные системы охлаждения, а также позволит экипажу МКС и других космических станций и кораблей выпить горячего чаю или кофе, вскипятив воду в космосе.