Um grupo de cientistas do Manãxico e da Frana§a publicou pela primeira vez os resultados de experimentos que mostram que duas gotas quentes de laquidos diferentes também podem ricochetear uma na outra devido ao efeito Leidenfrost entre elas
Crédito: F. Pacheco-Va¡zquez, R. Ledesma-Alonso, J. L. Palacio-Rangel e F. Moreau, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.204501
Se vocêjá viu gotas de águadançarem e tremerem em uma panela ou chapa quente, vocêviu o efeito Leidenfrost em ação. Ou vocêpode ter visto o episãodio "Mythbusters", onde Adam e Jamie enfiaram seus dedos e ma£os molhadas em chumbo derretido e os puxaram para fora ilesos.
O efeito depende do dedo estar molhado, por isso tem uma pelacula de águasobre e ao redor dele. No chumbo derretido, esse filme de águaferve, criando vapor, que éum mau condutor de calor. Esse gás, que évapor de água, isola o dedo por tempo suficiente para protegaª-lo por um curto período de tempo quando mergulhado no chumbo derretido, a 328 graus Celsius (622 graus Fahrenheit) ou mais.
Da mesma forma, uma gota de águaem uma placa quente evapora em sua borda inferior, criando uma almofada isolante que mantanãm a gota levitando como um laquido por um período surpreendente de tempo. Foi descrito pela primeira vez pelo médico alema£o Johann Gottlob Leidenfrost em 1751.
Agora, um grupo de cientistas do Manãxico e da Frana§a publicou pela primeira vez os resultados de experimentos que mostram que duas gotas quentes de laquidos diferentes também podem ricochetear uma na outra devido ao efeito Leidenfrost entre elas. O grupo chama isso de efeito triplo Leidenfrost, uma vez que ambas as gotas já estãoem uma placa quente experimentando seu pra³prio efeito Leidenfrost em relação a placa, e um efeito Leidenfrost adicional quando colidem e ricocheteiam uma na outra, desenvolvendo uma terceira almofada de vapor em a interface de colisão entre as gotas.
Nos experimentos, a placa de alumanio quente tinha umasuperfÍcie superior levemente ca´ncava para manter as gotas em direção ao centro da placa. Para gotaculas de águade 0,5 ml de volume (0,5 cc), as gotaculas entraram no estado Leidenfrost a uma temperatura da placa de 210 graus Celsius. Nesse ponto, a gota durou cerca de 450 segundos (7,5 minutos) devido ao grande calor latente da água(a quantidade de calor necessa¡ria para mudar a águade um laquido para um gás a temperatura constante). Depois disso, a gota evaporou completamente e desapareceu, transformando-se em vapor de a¡gua.
Outros laquidos tinham diferentes temperaturas de Leidenfrost e tempos de duração: gotaculas de etanol entraram no estado Leidenfrost a cerca de 150 graus Celsius e duraram cerca de 200 segundos, e clorofa³rmio a cerca de 150 graus Celsius por 100 segundos. A pesquisa foi realizada em Puebla, Manãxico, a cerca de 2.200 metros (7.218 panãs, 1,37 milhas) acima doníveldo mar, onde, por exemplo, o ponto de ebulição da águaera de apenas 93 graus Celsius (199 graus Fahrenheit). Outras propriedades termodina¢micas podem ter ajustes semelhantes.
Depois que os pesquisadores determinaram as temperaturas Leidenfrost para 11 laquidos de baixa viscosidade, cada um com diferentes temperaturas de ebulição, eles depositaram duas gotaculas de materiais diferentes na placa de alumanio quente com uma temperatura de 250 graus Celsius (482 graus Fahrenheit). Cada gota sofreu seu pra³prio efeito Leidenfrost com uma camada de vapor embaixo dela, levitando enquanto descia em direção ao centro da placa. Perto dali, as gotaculas levitantes colidiriam.
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Naquele instante, uma de duas coisas aconteceu: as gotaculas coalesceram ou ricochetearam umas nas outras.
A coalescaªncia acontecia em milissegundos se os laquidos fossem da mesma substância, como a¡gua-a¡gua, ou se tivessem propriedades semelhantes, por exemplo, etanol-isopropanol.
Nos casos mais interessantes, as gotas ricocheteavam umas nas outras. Isso acontecia quando as gotaculas eram de laquidos diferentes, por exemplo, a¡gua-etanol ou água- acetonitrila. Cada um levitava de seu pra³prio efeito Leidenfrost. Mas uma almofada de vapor também cercava cada gota de lado, então quando as gotas colidiam, havia uma almofada de vapor la¡ que impedia a fusão das gotas. De fato, a velocidade de rebote de uma gota a s vezes pode ser maior do que sua velocidade de impacto, porque a pressão na camada de vapor entre as gotas foi aumentada pela camada Leidenfrost de ambas as gotas. Essa mesma camada de vapor éo que impediu a coalescaªncia inicial.
As gotas menores ricochetearam repetidamente na gota maior durante vários segundos, a s vezes minutos (veja o vadeo acima). Eventualmente, a gota menor mudou de uma forma de panqueca para uma forma esfanãrica, quando sua camada de vapor foi evacuada durante o tempo de colisão e as gotas finalmente coalesceram. Filmar o processo em alta velocidade revelou que o dia¢metro da gota menor diminuiu linearmente com o tempo antes de coalescer.
Apenas dois parametros determinaram as condições para coalescaªncia direta ou ressalto: a diferença nas tensaµes superficiais entre os laquidos (a tensão superficial éuma propriedade inerente de um laquido, medida em força por unidade de comprimento) ou a diferença nas temperaturas de ebulição. Quando a diferença nos pontos de ebulição era grande, a gota menor poderia explodir violentamente, como no glicol-clorofa³rmio.
Outras dina¢micas baseadas no efeito Leidenfrost tem sido exploradas nos últimos anos, como a autopropulsão de gotaculas, rotações sustentadas, oscilações e explosão de gotaculas, sugerindo a possibilidade de manipulação do efeito Leidenfrost em gotaculas para aplicações em engenharia e microfluadica. Este trabalho atual de entender como as gotas Leidenfrost de diferentes laquidos interagem adiciona outra dimensão a s aplicações potenciais.