এমআইটি বিজ্ঞানীরা প্রকাশ করেছেন যে কেন পানির ফোঁটা গরম, তৈলাক্ত পৃষ্ঠে দ্রুত চলে

ক্লাসিক আছে ২০০ কিংবদন্তি পর্ব বাড়ির মালিকরা দেখান কিভাবে একজনের হাত ভেজানো যায় এবং এত অল্প সময়ে তা নিমজ্জিত করা যায় গলিত সীসা মধ্যে ক্ষতি ছাড়া। প্রতিরক্ষামূলক প্রক্রিয়াটি “লিডেনফ্রস্ট ইফেক্ট” নামে পরিচিত এবং এটি একদিন মাইক্রো-প্রবাহিত ডিভাইসের জন্য, বিশেষ করে মাইক্রো-গ্র্যাভিটি পরিবেশে, অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনের মধ্যে উপকারী হতে পারে। এমআইটি বিজ্ঞানীদের দ্বারা উদ্ভূত ঘটনা সম্পর্কে নতুন অন্তর্দৃষ্টি ধন্যবাদ, আমরা এই অ্যাপ্লিকেশনগুলি অর্জনের এক ধাপ কাছাকাছি। তারা এখানে যা পেয়েছে তা ব্যাখ্যা করেছে একটি শেষ পোস্ট ফিজিক্যাল রিভিউ লেটারে প্রকাশিত।

পূর্বে রিপোর্ট করা হয়েছে, লেইডেনফ্রস্ট প্রভাব 1756 সালের। এবার একজন জার্মান বিজ্ঞানী জোহান গটলব লেইডেনফ্রস্ট আমি লক্ষ্য করেছি যে জলটি একটি খুব গরম প্যানের মধ্যে ছড়িয়ে পড়ে এবং খুব দ্রুত বাষ্পীভূত হয়, যখন প্যানের তাপমাত্রা পানির ফুটন্ত বিন্দুর চেয়ে অনেক বেশি হয়। যখন এটি ঘটেছিল, লিডেনফ্রস্ট আবিষ্কার করেছিলেন যে “লম্বা রূপার মতো চকচকে ফোঁটা” তৈরি হবে এবং পৃষ্ঠে ঘুরবে।

পরবর্তী 250 বছর ধরে, পদার্থবিজ্ঞানীরা ব্যাখ্যা করতে পেরেছিলেন কেন এটি ঘটেছিল। যদি পৃষ্ঠটি কমপক্ষে 400 ডিগ্রি ফারেনহাইট (পানির ফুটন্ত বিন্দুর চেয়ে অনেক বেশি) হয়, তবে জলীয় বাষ্প বা বাষ্পের ব্যাগগুলি ফোঁটার নিচে তৈরি হয় এবং সেগুলি বাতাসে তুলে নেয়। ফোঁটা খুব সামান্য ঘর্ষণের সাথে পৃষ্ঠ বরাবর স্লাইড করতে পারে। Leidenfrost প্রভাব তেল এবং অ্যালকোহল সহ অন্যান্য তরল পদার্থের সাথে কাজ করে, কিন্তু যে তাপমাত্রায় এটি প্রকাশ পায় (“Leidenfrost পয়েন্ট”) ভিন্ন হবে।

দুই শতাব্দী পরে, পদার্থবিদরা এখনও এই প্রভাব সম্পর্কে আরও শিখছেন। উদাহরণ স্বরূপ, ফরাসি পদার্থবিদরা 2018 সালে এটি আবিষ্কার করেছিলেন যে ড্রপ শুধু বাষ্প ব্যাগ পেতে না; এমনকি যদি তারা খুব বড় না হয় তবে তারা নিজেদেরকেও সরায়। লিডেনফ্রস্টে তরল প্রবাহে ভারসাম্যহীনতা, মত আচরণ করে ছোট অভ্যন্তরীণ মোটর। ফোঁটাগুলি বাষ্পীভূত হয়ে ছোট এবং গোলাকার হয়ে উঠলে তারা চাকার মতো ঘুরতে শুরু করে (ওরফে “লিডেনফ্রস্ট চাকা“)।

এবং 2019 সালে, বিজ্ঞানীদের একটি আন্তর্জাতিক গ্রুপ অবশেষে উৎস চিহ্নিত করা হয়েছে সাথে থাকা ক্র্যাকিং শব্দটি লিডেনফ্রস্ট রিপোর্ট করেছিলেন। বিজ্ঞানীরা দেখেছেন যে এটি ড্রপের আকারের উপর নির্ভর করে। ছোট ফোঁটাগুলি পৃষ্ঠ থেকে সরে যাবে এবং বাষ্পীভূত হবে, যখন বড় ফোঁটাগুলি এই ফাটল দিয়ে বিস্ফোরিত হবে। অপরাধীরা প্রায় কোন তরলে কণা দূষক। বড় ফোঁটাগুলি একটি উচ্চ দূষক ঘনত্বের সাথে শুরু হবে এবং ফোঁটাগুলি ছোট হওয়ার সাথে সাথে এই ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়। ফোঁটোর চারপাশে এক ধরনের ভূত্বক তৈরির জন্য ধীরে ধীরে কণার যথেষ্ট পরিমাণে ঘনত্ব থাকে। এই ভূত্বক বাষ্প প্যাডে হস্তক্ষেপ করে যা ফোঁটাকে উপরের দিকে ধরে রাখে এবং পৃষ্ঠে আঘাত করলে বিস্ফোরিত হয়।

এই সর্বশেষ নিবন্ধের সহ-লেখক (এমআইটি প্রকৌশলী কৃপা বারাণসী এবং স্নাতক ছাত্র ভিক্টর জুলিও লিওন) ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য লিডেনফ্রস্ট প্রভাব ব্যবহার করতে আগ্রহী। তারা 10 থেকে 100 মাইক্রন পুরু, বিভিন্ন পাতলা স্তর দিয়ে আবৃত সিলিকন ওয়েফারের সাথে গরম কঠিন পৃষ্ঠে মিলিমিটার আকারের পানির ফোঁটা ingেলে এবং উচ্চ গতির ক্যামেরা দিয়ে কী ঘটছে তা ক্যাপচার করার একটি ধারাবাহিক পরীক্ষা চালায়।

লিডেনফ্রস্ট ড্রপগুলি একটি তৈলাক্ত পৃষ্ঠে আরো ধীরে ধীরে চলবে বলে আশা করা হচ্ছে, কারণ তেল বাতাসের চেয়ে প্রায় 100 গুণ বেশি সান্দ্র এবং বাষ্প ফিল্মের চেয়ে বেশি ঘর্ষণ তৈরি করবে। যাইহোক, ছবিগুলি বিশ্লেষণ করার সময়, গবেষকরা উল্টোটি খুঁজে পান: লেইডেনফ্রস্ট ফোঁটা সমতল ধাতব পৃষ্ঠের চেয়ে তৈলাক্ত পৃষ্ঠে এলোমেলো দিক থেকে দ্রুত ঘোরে।

“যা ঘটেছিল তা নিয়ে আমরা অনেক স্তরে পড়ে গিয়েছিলাম কারণ প্রভাবটি এত অপ্রত্যাশিত ছিল।” বলেছেন বারাণসী। “যা সহজ মনে হতে পারে তার জন্য এটি একটি জটিল জটিল উত্তর, কিন্তু এটি আসলে একটি দ্রুত ধাক্কা।” অতিরিক্ত গবেষণায় দেখা গেছে যে উপযুক্ত অবস্থার অধীনে, প্রতিটি ফোঁটার বাইরের দিকে একটি পাতলা কোটের মতো আবরণ তৈরি হয়। ফোঁটা উষ্ণ হওয়ার সাথে সাথে ফোঁটা এবং তেলের মধ্যে ছোট জলীয় বাষ্প তৈরি হতে শুরু করে, তারপর তা বিলীন হয়ে যায়। পরবর্তী বুদবুদগুলি সাধারণত একই দাগের কাছাকাছি এবং একটি একক বাষ্প পথ তৈরি করে যা ড্রপকে পছন্দসই দিকে ঠেলে দেয়।

ছোট বুদবুদ

তেল ফিল্মের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তরের চেয়ে ছোট বুদবুদ গঠন দ্রুত ঘটে। ফলে অসমতা মানে বেলুনের নিচে কম ঘর্ষণ এবং তা দ্রুত গরম তৈলাক্ত পৃষ্ঠ থেকে সরিয়ে দেয়। বারাণসী একটি বেলুনের রাবারে তৈলাক্ত ফিল্ম বা লেপের প্রভাবের মধ্যে একটি উপমা তৈরি করেছে। বাষ্পের বুদবুদগুলির বিস্ফোরণের ফলে “বেলুন” উড়ে যায়, কারণ “বাতাস একদিকে যায় এবং একটি পালস ট্রান্সমিশন তৈরি করে।” সে বলেছিল।

সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশনে মাইক্রোবট অন্তর্ভুক্ত থাকবে যা দূষিত পদার্থ যেমন লবণ, ডি-আইসিং সিস্টেম এবং স্ব-পরিস্কার পৃষ্ঠতল জমা থেকে ক্ষতি রোধ করতে পারে। এখন পর্যন্ত, পানির ফোঁটাগুলির জন্য এই ধরনের চলাচলের পদ্ধতিগুলি প্রতি সেকেন্ডে কয়েক মিলিমিটারের মধ্যে সীমাবদ্ধ ছিল। যাইহোক, বারাণসী এবং লিওনের পরীক্ষায়, ড্রপগুলি দ্রুত সরানো হয়েছিল: প্রায় 10 সেমি / সেকেন্ড।

ড্রপলেট সাইজ, অয়েল ফিল্মের পুরুত্ব এবং সান্দ্রতা, পৃষ্ঠের জমিন এবং তাপ পরিবাহিতা প্রভৃতি বিভিন্ন কারণ স্ব-আন্দোলনের দিককে প্রভাবিত করতে পারে। লেখকরা স্বীকার করেছেন যে তারা এখনও এই দিকটি সঠিকভাবে পরিচালনা করতে পারে না। যাইহোক, “প্রাথমিক অসমতা এবং সমৃদ্ধ তেল ফোঁটা লেপ গতিবিদ্যা গঠনের উপর অতিরিক্ত গবেষণা পাতলা তরল ছায়াছবি এবং পৃষ্ঠের উপর স্ব-চালিত দিক থেকে কীভাবে লিডেনফ্রস্ট পয়েন্ট পরিচালনা করা যায় সে বিষয়ে আলোকপাত করতে পারে।” “এই ধরনের পৃষ্ঠ উত্তপ্ত পৃষ্ঠ থেকে ক্ষয়কারী এবং দূষিত ফোঁটাগুলি দ্রুত এবং নিয়ন্ত্রিত হতে পারে।”

DOI: শারীরিক পর্যালোচনা পত্র, 2021। 0.1103 / PhysRevLett.127.074502 (DOI সম্পর্কে)।