• 液氮与莱顿弗罗斯特效应
  • 浏览次数:33  时间:2018-05-02
  •  氮气,化学式为N2,通常状况下是一种无色无味的气体,而且一般氮气比空气密度小。氮气占大气总量的78.08%(体积分数),是空气的主要成份之一。在标准大气压下,氮气冷却至-195.8℃时,变成无色的液体,冷却至-209.8℃时,液态氮变成雪状的固体。在常压下,液氮温度为-195.8℃;1立方米的液氮可以膨胀至696立方米 21°C的纯气态氮。液氮是无色、无味,在高压下低温的液体和气体。

    作为BET比表面积的分析常用的化学品,如何正确的使用成为不可忽视的因素。众所周知,如果接触比自己体温高很多或者低很多的物体,我们极有可能会导致烧伤或者冻伤,其根本原因是巨大的温差导致相应的身体组织细胞死亡,从而使人受伤。可是在生活中,我们也能够发现一些即使温差非常大但是人们没有受伤的现象,比如,人们赤脚从炽热的炭火上踩过,双脚却完好无损;再比如,将手迅速的插入液氮中再取出,手也不会冻伤。这都是归结于物理上的莱顿弗罗斯特现象。

    莱顿弗罗斯特现象由荷兰植物学家赫尔曼·布尔哈夫在1732年首次发现,之后在1756年约翰·戈特洛布·莱顿弗罗斯特进行了更深入的研究。当液体接触到一个远超液体沸点的物体时,液体会迅速剧烈汽化,在液体表面会产生一层蒸气,由于蒸气的导热性能很差,从而导致液体和高温物体分隔开,离开高温物体的液体沸腾的速度大大减慢,导致液体能存在很长时间。

    液态氮的沸点很低,大约是-196℃,人体的体温大致为37℃,二者的温度差达到了233℃,按照常理来说,人体直接接触液氮会造成非常严重的冻伤,但是事实上,将手迅速伸入液氮中后再迅速取出,手不会被冻伤,只是感觉较凉。这是因为,手的温度相对液氮来说太高了,因为在接触的瞬间,液氮发生了莱顿弗罗斯特效应,液氮剧烈汽化,在手的周围形成了一层薄薄的氮气膜,手和液氮分离,由于氮气的导热性能很差,手和液氮之间的热传递几乎停止,因此手不会受伤。

    需要注意的是,手不能够在液氮中停留过长的时间,毕竟人体的温度和液氮的温度相差过大,即使有氮气薄膜阻隔,但是液氮汽化会吸收手上的热量,让手的温度快速降低,时间过长将会有危险。

    通过上述事例的分析可以看到,在一些相对极端的情况之下,事情的发展结果会超出我们的想象,通常的经验判断往往会出现问题,这时候,我们需要认真的思考,冷静的分析,最终的找到现象背后的物理原因。

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