液氮在相变过程中发生二次沸腾的原因?

将铜棒置入液氮中会使液氮发生沸腾,沸腾会产生大量气泡在铜棒表面形成气泡层阻隔传热(莱顿弗洛斯特效应),如何研究该现象?

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林威 - 问之题,悟之理

有一种物理现象,叫莱顿弗罗斯特效应。
1732年,该效应由荷兰的植物学家赫尔曼最早发现。
1756年,一个德国的医生叫莱顿弗罗斯特,重新深入探讨了这个问题, 该效应后来就称为莱顿弗罗斯特效应。

莱顿弗罗斯特效应:
任何一个液体,都会有一个自然沸腾的温度,当液体接触了远超沸点的物体时。
比如:水,在标准大气压的时候,100$^{\circ}$C。水接触到一个500$^{\circ}$C,远超沸点的高温物,有一部分水发生了剧烈的沸腾变成水蒸气。很快,剧烈沸腾就被抑制, 水蒸气形成一层水蒸汽层,隔在水和高温物之间,起到很好的隔热效果。其余的水因此不能迅速沸腾。

实操:
铁锅烧到非常热400-500 $^{\circ}$C ,滴水滴到锅里,接触到铁锅的水会剧烈沸腾,形成一层水蒸汽。蒸汽层隔绝了水和锅,这滴水因此不会快速沸腾掉,并在锅上跑来跑去。


题主说到的“液氮相变潜热实验”,实际上也是相同的情况。
1、黄铜和液氮接触。对于液氮而言,黄铜是超高温物体,液氮因此大量蒸发为氮气
2、 氮气层减缓了黄铜和液氮的热交换,黄铜温度缓慢降低。此时氮与黄铜之间依然通过氮气层实现热交换。所以仍能看到少许氮气溢出。
3、黄铜温度继续降低。温度(差)已经不足以维持氮气层,氮气层消失,液氮与黄铜传热效率突然大幅提高,因此液氮再次剧烈蒸发。

如何搞出新名堂?
很简单,只需要不停加热黄铜,让黄铜维持一个相对于液氮的超高温温度。就不会出现“液氮再次剧烈蒸发”的现象。

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