Mrznutí kapky na silně podchlazeném povrchu, Credit: University of Twente

Kapky vody na silně podchlazeném povrchu mrznou v soustředných vlnách

Pavel Houser 28. 1. 2020 Články

Doporučujeme

Co se stane, pokud na povrch s teplotou pod bodem mrazu dopadá kapalná voda, třeba při dešti? Vznikne klasická klouzačka, přičemž led se tvoří zhruba ve tvaru hvězdicovitých struktur, které se podobají sněhovým vločkám.
Při dopadu kapky vody na silně podchlazený povrch má ale vše fungovat jinak. V kapce vzniknou vlny ledu pohybující se od středu směrem ven. Kapička se stále rozšiřuje v soustředných kruzích, dokud celá nezmrzne. Zvláštní je, že jev, který nyní popsali vědci z University of Twente a Max Planck Center, byl podle autorů výzkumu pozorován vůbec poprvé.
Popsaný jev nemá být typický pouze pro vodu. Vědci uskutečnili detailní pozorování u kapky hexadekanu, který má bod tání 18 °C. Vlny vznikly, pokud se teplota povrchu nastavila alespoň o 11 stupňů níže. Pozorování se uskutečnilo pomocí odrazu laserového světla, který zachycovala vysokorychlostní kamera.

Jak tento proces vysvětlit po teoretické stránce? Autoři studie uvádějí, že kapička bude nejchladnější v bodě nárazu na povrch, tedy uprostřed. Kolem se tedy budou tvořit krystaly, ale zároveň je tlak kapaliny tlačí ven (poznámka PH: nebude zde záležet na tom, zda má větší hustotu kapalná či pevná fáze, tj. nemohla by se zde voda přece jen chovat nějak speciálně?). Pak zmrzne další dávka kapaliny, opět je transportována od centra a tak dále, dokud ještě zbývá nějaká kapalná fáze.
Studie také ukazuje, že to, jak moc je povrch podchlazen, mění způsob, jak se k němu kapička přichytí a jak snadno může být po přimrznutí odloupnuta. Z toho se odvíjí i vztah výzkumu třeba k tomu, jak vzniká námraza na křídlech letadlech a jak to zařídit, aby šla snáze odstranit. K přeměně kapalné fáze na tuhou dochází rovněž při 3D tisku, řízení teploty by proto mohlo ovlivnit pevnost tištěného objektu.

Pallav Kant et al. Fast-freezing kinetics inside a droplet impacting on a cold surface, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.1912406117
Zdroj: University of Twente/Phys.org