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유체역학 Fluid Mechanics |
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1. 개요
라이덴프로스트 효과(Leidenfrost effect)는 어떤 액체가 끓는점보다 훨씬 높은 온도의 물체에 접촉할 경우 빠르게 액체가 끓으면서 증기로 이루어진 절연층이 생성되는 효과이다. 이 효과는 뜨겁게 달구어진 프라이팬 위에 물방울을 떨어뜨리는 방법으로 흔하게 볼 수 있다.[1]
Leidenfrost Effect[2]
라이덴프로스트 효과에 대한 영상. 40초 대 부터 보면 된다. 전체적인 내용은 철판에 적절히 홈을 파 물방울을 특정한 방향으로 움직이게 만들고, 그 철판을 이용해 미로를 만든 것.
일상 생활에서 볼 수 있는 예로는 액체질소 실험 중 순간적으로 손가락을 그 속에 넣는 것이다. 이때 빨리 빼낸다면 질소로 이루어진 절연층 덕분에 별 문제가 되지 않는다. 다만 지속적으로 닿으면 세포가 괴사하니 곤란하다. 반대로 녹은 납에 손을 빨리 넣었다 빼는 것도 같은 효과로 인해 화상을 입지 않는다.
역라이덴프로스트 효과도 있다. 이는 라이덴프로스트 효과와는 반대로 표면의 끓는점보다 월등히 온도가 높은 액체를 뿌렸을 때, 표면의 증기가 생겨 액체가 떠서 움직이는 것이다. 위 실험은 액체 질소 표면에 물방울을 떨어뜨린 것인데, 물방울의 온도 때문에 액체 질소가 기화되어 물방울과 액체 질소 사이에 기체 질소의 절연층이 생기는 것이다. 일반적인 라이덴프로스트 효과의 경우 액체 방울이 소진되므로 관찰 시간이 짧지만, 역라이덴프로스트 효과의 경우 표면이 전부 소진되거나 액체 방울이 얼어붙을 때에야 관찰을 할 수 없게 되는데, 작디작은 액체 방울 때문에 표면이 소진되기도 어렵고, 절연층 때문에 열교환이 잘 되지 않으므로 액체방울이 얼어붙는 데도 시간이 많이 걸린다. 위의 액체 질소에 손을 넣는 실험도 일종의 역라이덴프로스트 효과를 이용한 것이라고 볼 수 있다.
쇳물을 맨 손으로 쳐대는 영상이 화제가 된 적이 있었는데 이 역시 라이덴프로스트 효과를 이용하여 손에 화상을 입지 않은 것이다.
마찬가지로 맨손으로 끓는 기름에 손을 넣는 장면도 라이덴프로스트 효과 때문에 화상을 입지 않은 것이다.
이 효과는 존 고틀롭 라이덴프로스트가 그의 저서인 "A Tract About Some Qualities of Common Water"에서 처음 논의하면서 그의 이름을 따서 지어졌다.
또한 라이덴프로스트 효과를 이용하여 독특한 소리를 낼 수도 있다.
일상 생활에서는 재미있는 현상일 뿐이지만, 산업적으로는 이 현상을 적절히 억제해야 하는 경우가 많다. 특히 열교환기 중 물질의 상태 변화가 일어나는 경우 열량을 더 투입했는데 라이덴프로스트 효과에 의해 절연층이 생겨 오히려 교환이 덜 되는 문제가 발생할 수 있다. 이런 현상이 일어나기 시작하는 온도를 라이덴프로스트 점이라고 부르며, 이 지점은 유체의 종류, 고체와 유체의 맞닿는 형태에 따라 달라지기 때문에 열교환기 설계 시 중요한 요소이기도 하다.
2. 기타
- 슈렉에서 슈렉이 침 바른 손으로 횃불을 안전하게 끄는 장면이 있다.