Se denomina efecto Leidenfrost al proceso en el que un líquido, cerca o en contacto con una superficie que está a una temperatura considerablemente mayor que el punto de ebullición del líquido, produce una capa de vapor que aisla ambos materiales y reduce la velocidad de evaporación. Debido a la existencia de esta capa de vapor, las gotas de líquido en esta situación “flotan” sobre la superficie en vez de hacer contacto físico con él.
Una de las situaciones más comunes en las que se puede observar este efecto es cuando gotas de agua se chorrean sobre una sartén o superficie caliente sobre la hornalla: si la temperatura de la sartén está por encima del “punto Leidenfrost”, que es aproximadamente 193° C para el agua, la gota genera su propio colchón de aire y patina sobre la superficie, tardando en evaporarse un tiempo considerablemente mayor que el que tardaría si la temperatura de la superficie estuviera por debajo de ese valor crítico. Johann Gottlob Leidenfrost, un médico alemán, describió este efecto en el año 1751.
En esta práctica se podrá estudiar este efecto en forma cualitativa (?) con el ejemplo descripto arriba (una gota de agua sobre una superficie caliente), y en forma más cuantitativa con un experimento modificado: en este caso, se sumerge un bloque metálico a temperatura ambiente en un líquido mucho más frío (nitrógeno líquido): la temperatura de ebullición del N2 es de -196° C, por lo que el sólido que se sumerge está mucho más caliente (por encima de la temperatura de Leidenfrost). Esto hace que el N2 en contacto con el bloque de metal entre en ebullición y genere una capa aislante de gas, ralentizando la transferencia de calor del metal al líquido. Este proceso de enfriamiento del sólido (la transferencia de calor) se monitorea mediante una termocupla adosada al mismo. Durante la práctica podrán repetir el experimento variando la temperatura inicial del bloque metálico, para determinar en forma aproximada la temperatura de Leidenfrost para ese par sólido-líquido. También podrán agregar capas aislantes al sólido, de forma de modificar la transferencia de calor: si se evita la formación de una capa gaseosa, será posible obtener mejor transferencia de calor aislando térmicamente ambos materiales?
Para el desarrollo de la práctica tendrán que leer la guía del experimento, revisar la bibliografía, mirar la charla de sensores de temperatura, luego repasar las diapos y trabajar sobre la actividad de sensores de temperatura.
El diseño del código para la adquisición de datos es simple: la dinámica del experimento está dominada por el tiempo natural de enfriamiento (o calentamiento) de uno de los dos materiales. Pensar qué instrumento de los disponibles en el laboratorio es capaz de registrar correctamente los valores de voltaje proporcionales a la temperatura generados por la termocupla.
En la bibliografía también está disponible el capítulo 1 del libro Temperature measurement, L. Michalski, K. Eckersdorf, J. Kucharski, & J. McGhee, IOP Publishing (2002).
