과학

고온으로 달궈진 철판 위에서 물방울이 뜨는 현상은?

오델리아 2022. 3. 24. 13:38

달궈진 팬에 물방울을 떨어뜨리면, 팬과 만나는 부분에서 순간적으로 물이 증발하면서, 수증기 막을 만들어 물방울이 마치 팬 위에 떠있는 것처럼 부드럽게 움직이는 현상이 "라이덴프로스트 효과"이다.

 


이 라이덴프로스트 효과를 물 이외의 다양한 액체로 시험한 결과를, 멕시코 푸에블라 대학 물리학 연구팀이 발표.

연구팀은 물, 에탄올, 메탄올, 클로로포름, 포름아미드 등의 액체를, 250도로 가열된 금속판에 떨어뜨려 동작을 관찰했다. 그 결과, 물 이외에도 라이덴프로스트 효과를 확인할 수 있다는 것이 판명되었을 뿐만 아니라, 특성이 비슷한 액체끼리는 합체하고, 특성에 큰 차이가 있는 액체끼리는 서로 반발하는 것을 알수 있었다고.

실제로 물과 에탄올을 금속판에 떨어뜨린 경우, 각각의 물방울이 어떤 행동을 하는지는 아래 영상을 보면 잘 알 수있다.

 


큰 물방울이 물, 파란 염료로 색을 입힌 작은 물방울이 에탄올.

두가지의 액체는 서로 충돌 또는 반발하는 듯한 행동을 보이고, 몇 번 정도 충돌을 한 후, 두 개의 액체 방울은 합체가 되어 버린다.



아래의 표는물(W), 에탄올(E), 메탄올(M), 이소프로판올(I), 아세톤(A), 헥산(H), 클로로포름(C), 아세토니트릴(N), 톨루엔(T), 포름아미드(F)의 액체끼리 실험한 결과를 종합한 것. "c"는 액체와 합체, "r"은 액체와 반발, "s"는 혼합되지 않고 분리된채 그대로를 나타낸다.

 


라이덴프로스트 효과는 철판 같은 고온면과 액체 접촉면에서 액체가 증발하여 증기의 층이 액체와 고온면의 접촉을 방지함으로써 발생하는데, 이번 연구팀의 실험으로 액적과 고온면의 접촉부분뿐만 아니라, 액적표면에도 증기층이 발생하기 때문에, 두 개의 액적이 섞이지 않아 반발할 가능성을 시사하고 있다.

연구팀은 "이 액체끼리의 반발은, 두 액체 사이의 비점이 다르기 때문에 일어나는 현상으로, 고비점의 액체가 저비점의 액적에 대해 고온면으로 작용함으로써 발생합니다. "고비점의 액체표면", "고비점의 액체접촉면", "저비점의 액체접촉면"과 동시에 3가지 접촉영역이 발생하고 있는 것을 나타냅니다. 우리는 이 현상을 트리플 라이든프로스트 효과라구 부릅니다"라고 코멘트.