Het Leidenfrost-Effect - Een Demonstratie

Wij hebben deze demonstratie gemaakt voor het vak Design Engineering voor Fysici. Dit vak maakt deel uit van de Bachelor Technische Natuurkunde. In deze demonstratie wordt het Leidenfrost-Effect zichtbaar gemaakt. Hiervoor is een proefopstelling gebruikt die als volgt kan worden gemaakt.

Voor het maken van de proefopstelling zijn de volgende materialen en benodigdheden vereist:

1) Een instelbare kookplaat/ gasplaat die op zijn minst verwarmd kan worden tot temperaturen tussen de 200 en 250 graden Celsius. Bij deze temperaturen wordt het Leidenfrost-effect zichtbaar.

2) Een pipet om gecontroleerd waterdruppels op de kookplaat te laten vallen.

3) Een metalen plaat om te bewerken (zie Step 2)

4) Andere metalen vormen om waterdruppels op/in te laten vallen.

5) Webcam (of ander filmapparatuur) om het effect op groot scherm zichtbaar te maken.

Met behulp van een geribbelde metalen plaat kan een fenomeen van het Leidenfrost-Effect zichtbaar gemaakt worden: de druppel wordt in een specifieke richting voortgedreven en kan zelfs een helling op bewegen. Voor de productie van de plaat worden de volgende stappen genomen:

1) Aanschaf van een metalen plaat geschikt voor metaalbewerking (frezen)

2) Het frezen van de metalen plaat volgens (Afbeelding 1c). Hiervoor zijn de volgende waarden gehanteerd:

- Lambda = 1.5 mm (+- 10 micrometer)

- Epsilon = 350 micrometer (+- 10 micrometer)

- Alfa = 10 graden

Om het Leidenfrost-effect zichtbaar te maken voor een groter publiek wordt er gebruik gemaakt van een webcam. De webcam is aangesloten op een computer / projector om in real-time de demonstratie te laten zien. De stand van de webcam kan worden aangepast om zowel het bovenaanzicht (zie Afbeelding) als het zijaanzicht (op de hoogte van de plaat) te kunnen laten zien.

De demonstratie zal bestaan uit een aantal onderdelen.

1) Algemene demonstratie van het Leidenfrost effect. We laten met een pipet druppels op de gloeiende kookplaat vallen (stand 5). Met de webcam als zijaanzicht kunnen we laten zien dat de druppels 'zweven' op de kookplaat en kleine druppels stuiteren.

2) Laten zien dat water bij een temperatuur van +- 150 graden (stand 3 op de kookplaat) eerder verdampt dan water 200+ (stand 5 op de kookplaat). Hiervoor gebruiken we de opstelling met de webcam boven de platen om het bovenaanzicht te laten zien.

3) Laten zien van een specifiek fenomeen van het Leidenfrost effect: de voortstuwing van druppels over een geribbelde plaat. We verhitten de gefreesde plaat op een van de kookplaten (stand 5) en kunnen dit effect laten zien vanuit boven- of zijaanzicht.

Eventuele andere demonstraties:

1) Met behulp van hydrogel parels kan het "elastisch Leidenfrost effect" gedemonstreerd worden. De hydroparels zullen op het oppervlakte van de kookplaat heen en weer stuiteren.

2) Met geribbelde platen in verschillende oriëntaties kan een druppel een 'doolhof' doorlopen. De druppel zal de verschillende richtingen van de ribbels volgen en zo een pad afleggen door dit 'doolhof'.