라이덴프로스트 효과
1. 개요
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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.
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 있는데, 라이덴프로스트 지점 이상의 온도일 경우 물방울이 프라이팬 위에서 빠르게 움직이며, 물의 끓는점 이상 라이덴프로스트 지점 이하의 온도에서 증발하는 속도보다 시간이 더 오래 걸린다. 즉, 높은 온도의 프라이팬에서는 물방울이 구슬 형태를 유지한채로 굴러다니며, 기준 이하의 온도에서는 물방울이 형태를 잃고 그 자리에서 증발해버리는 모습을 볼 수 있다.
이러한 효과 때문에 증기 터빈을 돌려야하는 발전소에서 물을 끓이는 열교환기에 교환되는 열량을 조절해야한다. 극단적으로 열량을 투입하면 복사열로 인해 더 많은 열량이 교환되기는 하겠으나 이 경우 장비가 매우 빠르게 손상될 것이므로, 적당량의 열을 교환시켜 절연층이 생기지 않도록 해야 더 빠르게 열교환이 가능하다. 물론 일반적인 가정에서 물을 끓일 때에 이러한 현상이 일어나기에는 열량이 너무 부족하므로 걱정할 필요는 없으며, 일어난나고 해도 스테인레스가 아니라면 그 전에 코팅이 다 탄다.
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.
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.