La caléfaction

30 10 2011

En 1756, Johann Gottlob Leidenfrost s’intéresse au temps de vie d’une goutte d’eau posée sur une plaque chaude. Ce temps de vie décroît avec la température jusqu’à 100°C, la température de vaporisation de l’eau. A partir de cette température, le phénomène d’ébullition rend le temps de vie de la goutte extrêmement faible (inférieur à la seconde). A partir de 200°C Leidenfrost fait une observation surprenante : la longévité de la goutte augmente avec la température jusqu’à atteindre plusieurs minutes. Ces observations se retrouvent sur le graphique suivant qui représente le temps de vie de la goutte d’eau en secondes en fonction de la température de la plaque.

Afin de comprendre ce phénomène, Leidenfrost réalise l’expérience décrite par le schéma suivant : il pose une goutte teintée en noire sur une plaque très chaude et il place une bougie à l’arrière de ce système. En regardant la goutte de profil il parvient à voir la lumière de la bougie entre la goutte noire et la plaque (cf photo suivante). Il comprend alors que à partir d’environ 200°C, le goutte ne touche plus la plaque mais repose sur un fin film de vapeur. En effet l’évaporation de la goutte devient tellement intense qu’elle permet de supporter le poids de la goutte. C’est ce phénomène que l’on appelle calféaction ou effet Leindenfrost.

La vapeur conduit mal la chaleur, ainsi le film de vapeur isole thermiquement la goutte de la plaque et explique sa longévité.

Une autre caractéristique de l’effet Leidenfrost c’est l’extrême mobilité de ces gouttes sur leur support. Etant donné qu’elles lévitent sur un film de vapeur, elles sont soumises à des frottements très faibles. Cet effet s’observe en posant quelques gouttes d’eau dans une pôele très chaude, les gouttes filent dans la pôele sans que l’on puissent les arrêter. D’ailleurs ce phénomène est utilisé par certains cuisiniers pour savoir si la poêle est suffisamment chaude pour démarrer la cuisson des crêpes ou des pancakes.

Le mouvement des gouttes en caléfaction est visible au ralenti sur la vidéo suivante :

Sources : Wikipédia


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12 01 2012
steph

c’est de la bien belle physique… c’est artistique… et donc très pédagogique !!

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