Published on 5. März 2012 by admin

Der Leidenfrost-Effekt ist ein Begriff aus der Thermodynamik und beschreibt das Leidenfrost-Phänomen. Der Leidenfrost-Effekt klärt die Frage, warum ein Wassertropfen tanzt, sobald dieser auf eine heiße Herdplatte fällt. Grund für den „tanzenden“ Tropfen ist eine verzögerte Änderung des Aggregatzustandes. Die verzögerte Änderung des Aggregatzustandes von flüssig zu gasförmig hängt mit einer Isolierschicht zusammen, die zwischen Herdplatte und Wassertropfen gebildet wird.

Wie hier im Video zu sehen, tritt dieser Effekt auch auf, wenn zwei ganz andere, aber dennoch ähnlich unterschiedlich temperierte Dinge aufeinander treffen: Eine Hand und flüssiger Stickstoff! Doch was ist der Leidenfrost-Effekt eigentlich?

Was passiert beim Leidenfrost-Effekt genau?

Die oben beschriebene Isolierschicht bildet sich durch die extremen thermischen Unterschiede. Trifft ein Wassertropfen auf eine „heiße“ Herdplatte, verdampft die unterste Schicht des Wassers sofort. Durch die Verdampfung entsteht zwischen Herdplatte und dem restlichen Wasser eine Schicht aus Luft, die isolierend wirkt. Durch die Isolierschicht ist der Wassertropfen von der heißen Herdplatte getrennt und wärmt sich nur sehr langsam auf. Bis das Wasser eine Siedetemperatur von 100 °C erreicht hat, kann es bis zu einer Minute dauern. Während der verzögerten Änderung des Aggregatzustandes bewegt sich der Wassertropfen auf dem Luftpolster und „tanzt“. Je nach dicke der Luftschicht, wirkt diese sogar wie ein Trampolin und kann Wassertropfen „springen“ lassen.

Wer hat den Leidenfrost-Effekt entdeckt?

Der Leidenfrost-Effekt wurde von Johann Gottlob Leidenfrost erforscht und als Leidenfrost-Phänomen 1756 in der Schrift De Aquae Communis Nonnullis Qualitatibus Tractatus beschrieben. In der Schrift von 1756 geht es hauptsächlich um die Vier-Elemente-Lehre und die Produktion von Erde aus Feuer und Wasser. Erstmals entdeckt hat das Leidenfrost-Phänomen, wenn auch nicht unter diesem Namen, der niederländische Arzt Hermann Boerhave. Hermann Boerhave beobachtete das Phänomen auf einer heißen Eisenplatte. Allerdings hat der niederländische Arzt keine „tanzenden“ Wassertropfen beobachtet, sondern Alkohol. Der Alkohol entzündete sich nicht auf der heißen Eisenplatte, sondern bildete Tropfen. Als Leidenfrost-Phänomen beschrieben und deutlich eingehender erforscht, wurde es jedoch von Johann Gottlob Leidenfrost. Der Effekt ist unter seinem Namen bis heute bekannt und hat Einzug in die Thermodynamik gehalten.

Wo lässt sich der Leidenfrost-Effekt noch beobachten?

Durch den Leidenfrost-Effekt sind interessante Experimente möglich. Der „tanzende“ Wassertropfen ist nur ein Beispiel aus einer Reihe vieler erstaunlicher und auf den ersten Blick waghalsig erscheinender Aktionen. Denn das Leidenfrost-Phänomen lässt sich auf alle Flüssigkeiten übertragen, die wesentlich wärmer als der jeweilige Siedepunkt sind. Jede Flüssigkeit „tanzt“ auf einer heißen (deutlich wärmer als der Siedepunkt) Oberfläche, bis die entsprechende Siedetemperatur erreicht ist. Das Phänomen lässt sich sogar bei flüssigem Stickstoff beobachten.

Flüssiger Stickstoff besitzt eine Temperatur von -196 °C. Wer in Physik und Chemie gut aufgepasst hat, weiß, wie sich ein Apfel in flüssigem Stickstoff verhält. Niemand würde freiwillig in Kontakt mit flüssigem Stickstoff kommen wollen und ernsthafte Erfrierungen sowie körperliche Schäden in Kauf nehmen. Dabei ist der Körperkontakt mit flüssigem Stickstoff unter den richtigen Umständen ungefährlich. Ist sichergestellt, dass der flüssige Stickstoff ablaufen kann und sich nirgendwo sammelt, kann sich jeder Mensch gefahrlos -196 °C kalten, flüssigen Stickstoff über die Hand laufen lassen. Zwischen Haut und flüssigem Stickstoff entsteht ein Gaskissen, dass die Hautstelle vor Schäden schützt.

Der Leidenfrost-Effekt ist nicht nur bei Kontakt von flüssigem Stickstoff mit der Haut zu beobachten. Das Phänomen kann auch auf glatten Böden gut beobachtet werden. In der organischen Chemie werden Reste von flüssigem Stickstoff bei guter Belüftung und in minimalen Mengen auf dem Boden ausgedampft. Bevor der Aggregatzustand sich ändert, sind „tanzende“ Stickstofftropfen zu sehen.

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