De ce se intensifică vaporizarea când reducem flacăra aragazului?

Am tot observat chestia asta și sunt tare curios cum se chinuie Fizica actuală să explice acest fapt. Așadar, de ce apar mai mulți vapori atunci când oprim sau micșorăm flacăra de la aragaz sub un vas în care fierbe apa?

Nu e nici un chin. Atasez imaginea de mai jos alaturi de explicatie:



Temperaturile sunt in grade Fahrenheit. In panoul drept, tigaia este pusa pe o flacara foarte puternica. In momentul in care o picatura de apa este lasata sa cada in tigaie, evaporarea este atat de intensa incat se formeaza un strat de vapori intre tigaie si apa. Faza lichida pluteste practic pe suspensia asta de vapori, nu face contact direct cu tigaia, deci transferul de energie este mai lent iar apa se evapora mai greu. In panoul stang, la o flacara mai slaba, acest efect nu se mai petrece, astfel incat picatura incepe sa se evapore pe tot cuprinsul ei.

Efectul a fost descoperit in secolul XVIII de un medic german, Johann Gottlob Leidenfrost.

Acuma am văzut că ai confirmat efectul. Dar unde este EXPLICAȚIA lui?

Explicaţia lui e în abur:

In momentul in care o picatura de apa este lasata sa cada in tigaie, evaporarea este atat de intensa incat se formeaza un strat de vapori intre tigaie si apa.

Am scris mai sus. La o temperatura suficient de inalta are loc o vaporizare foarte brusca a partii inferioare a picaturii, iar restul se stabilizeaza pe aceasta suspensie de vapori, ceea ce duce la un transfer energetic mai lent intre lichid si tigaie, si deci la o evaporare mai lenta. Inca o imagine sugestiva:

Ok. Și crezi că nu mai sunt alte întrebări de pus? Crezi că mi-ai răspuns la toate dilemele posibile?

Evident ca am redat numai ideea de baza a fenomenului. Nu cunosc amanunte, de exemplu nu stiu cum depinde aceasta temperatura critica de presiunea atmosferei. Cine e interesat de problema poate sa caute informatii suplimentare.

Atunci să înțeleg că tu te-ai mulțumi cu o asemenea explicație?

In momentul de fata imi este suficienta, pentru ca inteleg fenomenul termodinamic ce se produce. Desigur ca nu mi-ar ajunge daca m-ar interesa in mod deosebit detalii precum cele mentionate. Un expert in termodinamica, sau cineva care foloseste un fenomen similar cu acesta in anumite scopuri practice, sigur stie mult mai multe despre efect.

[Offtopic]{omuldinluna, zău de mai pricep ceva! Adică tu explici fenomenul, iar Abel vine şi vrea... o ce? altă explicaţie la explicaţie... ?
Abel! Vezi de matematica ta şi las-o-n colo de fizică. Chiar nu pricepi că trebuie să-ţi baţi capul cu ceea ce te pricepi (mai bine)?
Scuzaţi repetiţia cuvântului "pricepi" în textul de mai sus, dar era necesară pentru a releva "nepriceperea" unora! }[/Offtopic]

L.E.
Nu ştiu de ce fontul ăsta offtopicul de mai sus. Nu-i de la mine.

O explicatie mai detaliata ar include si detalii cantitative. Eu am scris doar care e esenta fenomenului, dar dupa cum spuneam, poate vrei mai mult. E ca si cum ai intreba de ce ghiuleaua lansata din tun pe Pamant are alta traiectorie decat ghiuleala lansata din tun in spatiul cosmic. Poti sa spui ca diferenta se datoreaza gravitatiei si sa pleci mai departe, sau sa arati exact cum se ajunge la o traiectoria observata.

Efectul Leidenfrost (asa este numit oficial) este bine inteles. Cine e intr-adevar interesat poate gasi usor o bibliografie bogata pe problema.

omuldinluna a scris:In momentul de fata imi este suficienta, pentru ca inteleg fenomenul termodinamic ce se produce.

Nu îmi trebuie neapărat explicații cantitative. Vreau doar să intrăm în amănunte calitative.

O primă întrebare este:

-De ce plutește picătura? De ce nu se destramă?

Abel Cavaşi a scris:-De ce plutește picătura? De ce nu se destramă?

Pentru că tensiune superficială, ce-o mai fi şi aia!

Abel Cavaşi a scris:Am tot observat chestia asta și sunt tare curios cum se chinuie Fizica actuală să explice acest fapt. Așadar, de ce apar mai mulți vapori atunci când oprim sau micșorăm flacăra de la aragaz sub un vas în care fierbe apa?

Cand reducem gazul, scade puterea de incalzire a aerului inconjurator, desi temperatura apei ramane aceiasi (datorita caldurii specifice mai mari), ceia ce face posibila intensificarea vaporilor de apa datorita cresterii diferentei de temperatura intre cele doua faze, apa si aerul.

Abel Cavaşi a scris:
Nu îmi trebuie neapărat explicații cantitative. Vreau doar să intrăm în amănunte calitative.

O primă întrebare este:

-De ce plutește picătura? De ce nu se destramă?

Se poate intampla sa se si destrame. In principiu, asa cum a scris si Razvan, e tinuta la un loc de tensiunea superficiala, care are originea in interactia electromagnetica dintre moleculele de apa, dar se poate intampla ca o picatura mai mare sa se "rupa" in picaturi mai mici. Daca te-ai jucat vreodata cu picaturi de apa pe marginea unei chiuvete, intelegi ce zic.

-De ce plutește picătura? De ce nu se destramă?

-Picatura pluteste pentru ca este inconjurata de o patura de vapori de apa sub presiune ce asigura echilibrul intre greutatea picaturii si produsul intre presiunea de vapori si suprafata de jos a picaturii. Astfel forta de atractie gravitica, este egala cu forta de sustentatie.
-Picatura nu se destrama datorita tensinunii superficiale.

Abel Cavaşi a scris:-De ce plutește picătura? De ce nu se destramă?

Există un principiu al fizicii elicoidale care spune că darbuzorul este constant; asta înseamnă că orice triedru Frenet asociat unei molecule de apă, va avea ca şi una din componentele sale tangenţiale asociată vitezei, egală în modul cu valoarea vitezei luminii în vid. După cum ştim, dacă adunăm orice altă valoare a vitezei cu viteza luminii ne dă tot viteza luminii. Rezultă aşadar că suma totală a componentelor vitezelor corespunzătoate unui triunghi Frenet a moleculelor de apă va fi reprezentată de un vector orientat după aceeaşi direcţie şi sens, a cărui valoare în modul este egală cu viteza luminii în vid.
Cu alte cuvinte, moleculele se strâng una lângă alta, deci tensiune superficială!

virgil a scris:Cand reducem gazul, scade puterea de incalzire a aerului inconjurator, desi temperatura apei ramane aceiasi (datorita caldurii specifice mai mari), ceia ce face posibila intensificarea vaporilor de apa datorita cresterii diferentei de temperatura intre cele doua faze, apa si aerul.

Cu asta sunt de acord. Deci apare în discuție INERȚIA termică a apei. Această inerție nu este explicată de termodinamică. Și ce să mai vorbim de tensiunea superficială...

Abel Cavaşi a scris:

virgil a scris:Cand reducem gazul, scade puterea de incalzire a aerului inconjurator, desi temperatura apei ramane aceiasi (datorita caldurii specifice mai mari), ceia ce face posibila intensificarea vaporilor de apa datorita cresterii diferentei de temperatura intre cele doua faze, apa si aerul.

Cu asta sunt de acord. Deci apare în discuție INERȚIA termică a apei. Această inerție nu este explicată de termodinamică. Și ce să mai vorbim de tensiunea superficială...

Sunt explicate suficient de bine. Inertia termica a apei cum o numesti tu, se numeste caldura latenta, si se manifesta la toate substantele sau materialele care trec dintr-o stare de agregare in alta cu exceptia materialelor amorfe. o molecula de apa pentru a trece din starea lichida in starea gazoaza, trebuie sa absoarba o cantitate de caldura, moment in care desi lichidul (apa) absoarbe caldura, totusi temperatura lui ramane constanta la o suta de grade. Diferenta dintre molecula lichida si molecula vaporizata consta tocmai in aceasta cantitate de energie calorica absorbita de lichid, in scopul invingerii fortelor de interactiune Van del Wals, fapt  care va face ca distanta intre molecule sa creasca foarte mult. datorita cresterii amplitudinii vibratiei acestora.

Vibratia moleculara nu trebuie inteleasa ca vibratie mecanica, pentru ca aderenta dintre unda calorica si molecula face ca intreg ansamblul sa vibreze, cat si fiecare componenta in parte una fata de alta. de exemplu cand spargi un ou in farfurie, vezi ca se misca albusul fata de galbenus, si invers, dar si fata de farfurie, albusul reprezentand campul electromagnetic iar galbenusul fiind molecula.

Virgil, tu doar ai descris fenomenul mai amănunțit. Dar asta nu înseamnă că l-ai explicat. Altfel spus, ai arătat CUM se întâmplă, nu și DE CE.

Ti-am spus eu de ce se intampla. La o temperatura suficient de inalta, partea de jos a picaturii se evapora brusc, iar stratul acesta de vapori ramane prins intre picatura si tigaie. Temperatura asta e legata de presiunea atmosferica locala. La nivelul marii este mai mare decat in varful unui munte, unde aerul e mai rarefiat.

omuldinluna a scris:La o temperatura suficient de inalta, partea de jos a picaturii se evapora brusc

Ai vreo explicație pentru acest fapt? De ce evaporarea se produce BRUSC?

Abel Cavaşi a scris:Virgil, tu doar ai descris fenomenul mai amănunțit. Dar asta nu înseamnă că l-ai explicat. Altfel spus, ai arătat CUM se întâmplă, nu și DE CE.

De ce nu pui intrebarea direct? ce nu intelegi? De ce se intampla vaporizarea? aportul de energie E_M (calorica) rupe legaturile Wan der Vaals dintre molecule, acestea trecand intr-o noua stare energetica de echilibru. In starea gazoasa moleculele se comporta altfel decat in starea lichida, tocmai datorita distantei mari dintre acestea, cand intre molecule nu mai exista forte de atractie.

De unde aport de energie, Virgil, din moment ce vorbim de SCĂDEREA flăcării la aragaz?

Abel Cavaşi a scris:
Ai vreo explicație pentru acest fapt? De ce evaporarea se produce BRUSC?

Da. Stratul respectiv de apa primeste atat de multa energie la presiunea atmosferica respectiva, incat se evapora deodata. La o flacara mai mica, la aceeasi presiune atmosferica, evaporarea se face per total mai lent, astfel ca energia se disipa in intregul corp al lichidului, si fierberea are loc pe tot cuprinsul sau. In prima situatie insa ai o parte de lichid care este vaporizata brusc datorita cantitatii mari de energie, iar vaporul respectiv actioneaza apoi ca un izolant intre flacara si restul lichidului.

Uite o analogie: situatia e tot asa ca in cazul unui perete pe care poti sa-l dai jos incet, caramida cu caramida, sau poti sa intri sa-l bubui cu barosul si-l spulberi din prima.

omuldinluna a scris:In prima situatie insa ai o parte de lichid care este vaporizata brusc datorita cantitatii mari de energie

Am impresia că aproape ai repetat ceea ce ai spus mai sus. Deci, reamintesc, este vorba despre fenomenul care apare când scade flacăra la aragaz. Pe asta trebuie să ne concentrăm.

Abel Cavaşi a scris:De unde aport de energie, Virgil, din moment ce vorbim de SCĂDEREA flăcării la aragaz?

Flacara aragazului nu incalzeste numai apa ci si aerul din jurul vasului, creind niste curenti verticali ce primeneste in permanenta aerul din jurul vasului, primenire ce face sa antreneze si aburii odata cu aerul inlocuit. In momentul cand flacara se reduce, scad sau dispar curentii de aer, ceia ce face ca vaporii de apa sa devina mai vizibili intr-o atmosfera statica.

Asa se intampla cand pui intrebarile pe jumatate, nu ai spus daca apa a ajuns la fierbere, si apoi ai redus flacara, sau ai redus flacara inainte de fierbere. Oricum totul depinde de curentii de aer care antreneaza aburul mai repede sau mai lent.

Abel Cavaşi a scris:
Am impresia că aproape ai repetat ceea ce ai spus mai sus. Deci, reamintesc, este vorba despre fenomenul care apare când scade flacăra la aragaz. Pe asta trebuie să ne concentrăm.

Ok, hai sa discutam pe aceasta figura, ca poate e mai clar:



Se vede deci ca avem de-a face cu un fenomen complet neliniar. Figura iti arata rata de transfer a caldurii ca functie de temperatura, pentru apa incalzita la presiune atmosferica normala. Pana la primul maxim al curbei ai parte de fenomenul de nucleatie. Cand apa fierbe la aceste temperaturi, se formeaza bule mici in interiorul ei care scapa spre suprafata. Intre maxim si minim ai portiunea de tranzitie, in care apa fierbe violent (fierberea standard daca vrei). Minimul curbei corespune la temperatura la care are loc efectul Leidenfrost: daca apa este expusa brusc la aceasta temperatura critica, o parte din ea se evapora imediat datorita aportului urias de energie, si aburul obtinut se comporta ca o suspensie izolanta pentru restul lichidului. Datorita suspensiei izolante, pentru lichidul ramas fierberea trece din nou prin etapa de nucleatie si tranzitie.

La o flacara suficient de puternica, declansezi fierberea de la punctul Leidenfrost, treci prin nucleatie si ajungi la tranzitie. Daca alegi o temperatura mai mica (flacara mai slaba), poti nimeri direct in zona de tranzitie, deci apa fierbe mai repede ca in primul caz, desi flacara e mai slaba.

Din Wikipedia;
Experimentul 1

Materiale :

• Balon de sticlă cu dop găurit
  
• Termometru
  
• Sursă pentru încălzirea apei
  

Ce trebuie să facem ?

• Turnaţi apă în balon (aprox. ź din volumul balonului) şi încălziţi-o. Observaţi că temperatura creşte până la 1000C după care ea rămâne constantă iar în apă se formează bule cu vapori de apă care se ridică la suprafaţă şi aici se sparg. Procesele descrise le numim fierberea apei.
  
• Montaţi termometrul în dop şi astupaţi etanş gura balonului
  
• Întoarceţi balonul şi fixaţi-l pe un trepied
  
• Răciţi fundul balonului cu o cârpă umedă rece
  
• Observaţi că apa din balon fierbe şi măsuraţi temperatura.
  

În experimentul nostru apa a fiert la 920C.
Explicaţia este că dacă răcim balonul se răceşte şi aerul de deasupra apei şi presiunea scade iar apa fierbe la temperatură mai mică decât 1000C.

Reducerea flacarii aragazului corespunde cu racirea fundului balonului de sticla, astfel fierberea se va produce la temperatura mai scazuta, deoarece se raceste si aerul de deasupra vasului.

Am tot respectul pentru efortul vostru de a DESCRIE fenomenele OBSERVATE experimental. Dar drumul până la deducerea acestor fenomene pornind de la postulate, deci până la EXPLICAȚIA fenomenelor, este unul prea lung.