吃过“铁板烧”的人都看到过生牛肉丝倒在滚烫的铁板上“哧”“哧”作响的情景,但是,几乎没有人想到这里面还有什么学问可以研究。二百多年前德国物理学家莱顿弗罗斯特倒是对类似的现象进行过一番研究,1756年他发表一篇论文论述了水滴在高温表面上所发生的奇怪现象。
一只铁勺子在炉火上烧得通红,将小水滴落到勺里会发生什么现象?根据日常经验人们都会这样回答:小水滴落到铁勺表面就立即被汽化了,表面温度越高水滴被汽化得越快。可是,莱顿弗罗斯特仔细观察了这个过程,发现实际情况并非如此。当第一滴小水滴落到铁勺表面时,它的汽化过程竟然长达30秒钟。而第二滴的汽化只延续10秒,以后落下去的水滴只保留1~2秒就被汽化了。究竟是什么原因造成这种“莱顿弗罗斯特现象”?这位物理学家当时也作出了正确的解释。很遗憾,他的论文发表后长期不为人们所重视,直到1956年论文翻译成英文后,才引起众多业余科学家的兴趣。其中有一位美国中学生罗克萨尔,1978年,他以《当液滴落到灼热表面弹起时发生的莱顿弗罗斯特现象的理论》的论文,获得了美国第37届科学人才选拔赛第八名。
经过罗克萨尔等人的研究,现在对“莱顿弗罗斯特现象”是这样解释的:当第一滴小水滴落到灼热金属表面时,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,水滴表面一薄层被迅速汽化,形成了一个厚约01毫米的蒸气层。这层蒸气一方面支持住小水滴,使之悬浮在金属板上,另一方面又起了绝热作用,使金属表面的热量不能很快传递给水滴,从而延缓了整个水滴的汽化过程。当第二滴水滴落到金属表面时,由于自然冷却和第一滴水的冷却作用,表面温度已没有最初时那么高了,因此,第二滴水滴表面的水蒸气层就没有那么厚。由于水蒸气的导热性能比水要差很多,因此水蒸气层的厚薄对水滴的汽化影响很大。第二滴水表面的水蒸气层较薄,所以它的汽化就加快了,以后落下去的水滴表面的水蒸气层更薄,所以它们的汽化更快。