Je leest:

Traplopende druppel

Traplopende druppel

Auteur: | 6 april 2006

Water omhoog laten stromen? Heiner Linke, bijzonder hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Oregon, draait er zijn hand niet voor om. Met een luchtkusseneffect en een getande ondergrond stuurt Linke druppels alle kanten op. Linke’s vondst is misschien toe te passen als zelfsturende computerkoeling.

Linke laat druppels wandelen via het Leidenfrost-effect, waarbij een druppel boven ene hete plaat zweeft op zijn eigen damplaag. Op een getande ondergrond stroomt de damp in het luchtkussen makkelijker de ene kant op dan de andere, en door luchtwrijving beweegt de druppel boven de damplaag mee. Het luchtkussen levert genoeg kracht om de druppel een trap op te laten lopen of te laten afremmen en van richting veranderen. De druppel haalt zijn energie uit de hete ondergrond en koelt die af om in beweging te komen.

Dubbelklikken op het filmpje om te herstarten. Met een pipet wordt water op koperen plaat van 460 oC) gedruppeld. De zaagtanden zijn telkens 1,5 mm breed en 0,3 mm hoog. Het filmpje is niet versneld of vertraagd. De kracht van de damplaag is hier – naar schatting – een tiende zo sterk als de zwaartekracht. Om de schaal aan te geven: het muntje is 2,4 cm breed. bron: Michael Taormina.

Die ‘hete’ ondergrond is maar relatief: Linke vertelt dat het effect bij stikstof al onder 0 oC optreedt. Voor water zijn temperaturen boven 220 oC nodig. Het Leidenfrost-effect, werkt pas als de hele onderkant van de druppel bij het eerste contact meteen verdampt: de rest van de druppel zweeft dan veilig op die isolerende laag en houdt het daar minuten uit. In een minder hete pan ontstaat niet genoeg damp om de hele druppel op te tillen en die blijft daardoor in direct contact met de ondergrond. Daardoor verdampt de druppel paradoxaal genoeg sneller als de temperatuur maar een klein beetje boven het kookpunt ligt.

Met een hogesnelheidscamera (opgenomen met 500, afgespeeld met 30 beeldjes per seconde) is te zien hoe de druppel van zaagtand naar zaagtand wandelt. bron: Amanda Stout, Corey Dow-Hygelund, Benji Aleman, and Zeb Schweickert

Koeling

Samen met vakgroepgenoten heeft Linke de klimmende druppels al gemaakt van uiteenlopende vloeistoffen met kookpunten tussen de -196 en +151 oC: stikstof, aceton, methanol, alcohol, hexadecaan en uiteraard water. Op dit moment zijn Linke’s wandelende druppels een leuke curiositeit in het lab, maar de hoogleraar ziet er een grootse toekomst voor.

“Je tapt hier warmte af om vloeistof rond te pompen”, legt Linke uit op zijn website, “daarom kan het effect gebruikt worden als koelsysteem.” Zo’n koeling heeft geen thermostaat, bewegende onderdelen of een extra energiebron nodig – de energie komt uit de hitte die toch al moet worden afgevoerd. Of de wandelende druppels genoeg warmte afvoeren om een laptop te koelen kan Linke nog niet zeggen.

Zie verder

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 april 2006
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.