热锅上的芭蕾

魏知

在通常情况下，液体的温度越高，汽化速度越快。然而，在特殊的情况下，结果却恰恰与此相反。

会跳舞的水滴

做菜时，不小心把水滴溅到烧得很热的煎锅里时，水滴会像芭蕾舞演员一样翩翩起舞，一面旋转，一面不停地跳跃着。这种有趣的现象只有在煎锅烧得很热时才能看到。如果煎锅是温热的，水滴掉在上面会迅速蒸发，便不会上演如此奇妙、有趣的一瞬。

也许好奇而又善于思考的你在这一刻会感到纳闷并且陷入沉思：在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，温度越高，水汽化的速度也越快。把一杯水倒进300℃的坩埚中要比倒进150℃的坩埚中汽化得快些，原因是坩埚的温度高，在单位时间内传递给水的热量多。为什么水滴在更热的煎锅上比在温热的煎锅上要消失得慢一些呢？按照常规思维，煎锅越热，水滴应该蒸发得越快才对！

对于上述有趣的现象，科学家们也感到非常奇怪。早在1756年，德国的物理学家莱顿弗罗斯特就注意到了水滴掉落在烧得通红的铁勺上的情形。莱顿弗罗斯特发现，当水滴掉落在刚从炉火中取下来的赤热铁勺里时，第一滴水滴竟然悬浮起来并持续了30秒，而大小相同的第二滴水只能存留大约10秒的时间就汽化完毕，此后掉落入勺子中的同样大小的水滴只能存留1～2秒的时间就会汽化完毕。因为莱顿弗罗斯特是第一位描述这种现象的科学家，后来人们就把这种现象叫作“莱顿弗罗斯特现象”。

谜底逐渐揭开

由于当时各方面条件的限制，莱顿弗罗斯特还不能对这种奇特而又非常有趣的现象做出完全合理的解释。不过，现在科学家们用高速摄像机拍摄下了水滴“翩翩起舞”时的各种姿态，最终弄清楚了水滴跳舞的秘密。

当金属板的温度很高时，水滴掉落在金属板上，由于弹性作用它会向上反弹，同时，在接触高温表面的一瞬间，水滴表面一薄层会很快被汽化，形成了一个厚度约0.1mm的蒸汽层。这层水蒸汽会把水滴托起来，使水滴不能接触到金属板。由于水蒸汽的导热性能很差，因此它阻碍了金属板与水滴之间的热传递，使得水滴不能吸收大量的热而迅速地汽化，所以水滴就能够在金属板上持续存留较长时间。细心的人才会看到水滴在金属板上不停地旋转、跳动、振荡。

这种效应也被称为“莱顿弗罗斯特效应”——液体在潮湿且温度足够高的表面会汽化形成气体层的现象。这个效应保证了温度比液氮高得多的手掌被一层热导率低的气体隔绝而不被冻伤。其原理和水滴能在热煎锅上跳舞是一样的。对于液氮来说，人的手就好比是炽热的煎锅，其表面的温度比液氮的沸点高出100多摄氏度。于是在与肌肤接触的瞬间，液氮快速蒸发形成一层气态氮隔在皮肤与液氮之间，从而使手保持瞬间的安全与温暖（裸手伸入液氮或接触液氮尽管有“莱顿弗罗斯特效应”的保护，但依然极其危险，读者不可模仿）。我们用湿手指掐灭蜡烛，而不被烫伤，也正是依靠这个效应的保护。

但当第二滴水滴落下时，由于自然冷却和第一滴水的冷却作用，上述效应显著减弱，水滴会更多地与锅面接触，所以汽化得更快了。而如果金属板的温度较低时，掉落的水滴因汽化形成的蒸汽层较薄，得不到蒸汽层的有效保护而直接与温热的金属板大面积接触，可以快速地从金属板上吸收热量并迅速被汽化，所以会蒸发得很快。

值得注意的是，并不是金属板的温度越高，掉落在上面的水滴汽化得就越慢。当金属板的温度在500℃以上时，由于金属板会通过热辐射的方式把热量传递给水滴，水滴能够存留的时间反而不如温度低于500℃的时间长。

液滴在金属板上存留时间最长的温度，被称为“莱顿弗罗斯特温度”。比如水的莱顿弗罗斯特温度为300℃，白醋的莱顿弗罗斯特温度为230℃。endprint