Bir çok kişi yemek pişirirken tavanın yeterince ısınıp ısınmadığını anlamak için tavaya su damlatır. Ancak aslında fark etmesiniz bile tam da bu süreçte önemli bir fizik fenomeni gerçekleşir. Bu etki, konuyu ayrıntılı olarak inceleyen Alman bilim insanı Johann Gottob Leidenfrost’un (1715-1794) ismiyle Leidenfrost Etkisi olarak bilinmektedir.
Leidenfrost Etkisi, sıvıların buharlaşma süreçleri üzerine çalışmaların temelini atmıştır ve bu nedenle fizik ve kimya alanlarında önemli bir fenomen olarak kabul edilir. Eğer su damlattığınız tava suyun kaynama noktası olan 100 derecenin altında ise su damlacığı kabın yüzeyine ince bir tabaka şeklinde yayılır ve yavaş yavaş buharlaşır.
Sıcaklık arttıkça su daha hızlı buharlaşmaya başlar. Tam 100 derecede bir tavaya su damlatırsanız, su anında buharlaşır. Ancak tavayı ısıtmaya devam ederseniz, tava Leidenfrost noktası olarak adlandırılan belirli bir sıcaklığa ulaşır.
Leidenfrost noktasında ve daha yüksek sıcaklıklarda, su damlacıkları bir araya toplanır. Bu sıcaklıkta damlacıklar kolay buharlaşmayacak aksine tavanın içinde dans eder gibi gözükecektir. Çok daha yüksek bir sıcaklıkta damlalar o kadar hızlı buharlaşır ki Leidenfrost etkisi oluşmaz.
Leidenfrost noktası birden fazla faktöre bağlıdır, bu nedenle kolayca tahmin edilemez. Bu faktörlerden bazıları, farklı malzemelerin buhar basıncı ve yüzeylerin düzgünlüğü gibi şeylerdir. Leidenfrost etkisi, su damlacıkları ve düz tavalar gibi pürüzsüz yüzeylerde en iyi sonucu verir. Bir kızartma tavasında bir damla su için Leindenfrost noktası 193 °C olarak ortaya çıkabilir.
Leidenfrost Etkisi Neden Ortaya Çıkar?
Kızgın bir tavaya atılan bir su damlacığı örneğimizde Leidenfrost noktasında, bir damlacığın dış yüzeyi buharlaşır. Ancak oluşan buhar katmanının kalınlığı yaklaşık 0,1 mm’dir. Dolayısıyla da buhar tabakası çıplak gözle kolayca fark edilemez.
Oluşan buhar katmanı su damlacığının kapla temasını keser ve su damlacığının kabın yüzeyine yayılmasını engeller. Bu durumda ısı aktarma hızı belirgin derecede düşer. Yani bir su damlası ve bir tava durumunda, buhar damlayı yüzeyin üzerinde askıya alır. Sonucunda da metal tava ile su arasındaki ısı transferini en aza indirir. Bunun sonucunda da damlanın ömrü uzamaya başlar. Bu süreç hakkında bilgilerimizi Johann Gottob Leidenfrost’un çalışmaları sayesinde biliyoruz.
Leidenfrost Etkisi Sadece Kızgın Tavada Gözlenmez
Bir tavada bir damla su damlası damlatmak ve dansını izlemek eğlenceli olsa da, Leidenfrost etkisi sayesinde gerçekleşen çılgınca gösterilere internet ortamında rastlamış olmanız da olasıdır. Bunlar, bir elin bir kova erimiş kurşun veya sıvı nitrojene sokulması ile ilgilidir.
Ellerinizi sıvı nitrojene sokmanızı kesinlikle önermiyoruz. Ancak sıvı nitrojen ile Leidenfrost etkisini göstermek istiyorsanız bunun en kolay ve en güvenli yolu, az bir miktarını zemin gibi bir yüzeye dökmektir. Herhangi bir oda sıcaklığındaki yüzey, kaynama noktası -195.79 °C olan nitrojen için Leidenfrost noktasının oldukça üzerindedir.
Bu deneme sonucunda, nitrojen damlacıkları, sıcak bir tavadaki su damlacıkları gibi bir yüzey boyunca sıçrayacaktır. Bu gösterinin bir varyasyonu, havaya bir bardak sıvı nitrojen atmaktır. Ancak yine de bu sıvının izleyiciler üzerine gelmemesine dikkat etmek önemlidir. Çünkü fazla miktarda sıvı nitrojen ile temas, yanıklara ve yaralanmalara da neden olma riski taşımaktadır.
Doğal fenomenlerin çoğunu teoride açıklamak kolaydır, ancak pratikte sunmak çoğu zaman zordur. Leidenfrost Etkisi için tam tersidir. Birçoğumuz, muhtemelen farkında olmadan, Leidenfrost Etkisi ile karşılaşacağız. Bilim insanları bu süreçte yaratılan enerjiyi kullanabilirlerse, makine mühendisliğinde bazı devrim niteliğinde değişiklikler görebiliriz. Yazının devamında ayrıca merak ederseniz: Ateş Yürüyüşü Nedir? İnsanlar Ayakları Yanmadan Ateşte Nasıl Yürüyor?
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Leidenfrost Effect Definition and Examples. yayınlanma tarihi: 18 Eylül 2022; Bağlantı: https://sciencenotes.org/
- Leidenfrost Effect Demonstrations. yayınlanma tarihi: 3 Haziran 2019; Bağlantı: https://www.thoughtco.com/
- Bernardin, J. & Mudawar, Issam. (1999). The Leidenfrost Point: Experimental Study and Assessment of Existing Models. Journal of Heat Transfer-transactions of The Asme – J HEAT TRANSFER. 121. 894-903. 10.1115/1.2826080.
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
