Leidenfrost-Effekt

Kochender Wassertropfen auf heißer Herdplatte schwebt durch einen Dampffilm berührungslos darüber.

Mit dem Leidenfrost-Effekt, auch Leidenfrost-Phänomen genannt, ist der von Johann Gottlob Leidenfrost beschriebene Effekt der auf heißem Untergrund springenden („tanzenden“) Wassertropfen gemeint.

Überblick

Dieses Phänomen wurde erstmals von Johann Gottlob Leidenfrost in Duisburg erforscht und wird in der Schrift {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value) 1756 beschrieben. Die Schrift selbst fußt auf der antiken, Empedokles (oder Aristoteles) zugeschriebenen Vier-Elemente-Lehre (Feuer, Wasser, Luft und Erde) und beabsichtigte, die Herstellung von Erde aus Feuer und Wasser zu belegen. Vermutlich „gelang“ Leidenfrost dieses Experiment, da er die gelösten Salze des harten Duisburger Wassers ausdampfte.

Noch heute wird, wenn auch wissenschaftlich erklärt, mit dem Leidenfrost-Effekt ein physikalischer Effekt beschrieben, dem die verzögerte Stoffumsetzung, also die zeitlich gedehnte Änderung des Aggregatzustandes, zugrunde liegt. Dieser Effekt kann bei einer heißen Herdplatte beobachtet werden, auf die ein Tropfen Wasser fällt. Ist die Temperatur der Grenzfläche hoch genug, um eine rasche primäre Verdampfung zu erreichen, so schwebt oder gleitet der Wassertropfen auf einem Dampfpolster, das ihn von direkter Wärmeübertragung isoliert. Der Dampf ist dabei unter dem Wassertropfen gefangen und entweicht nur langsam. Gleichzeitig entsteht neuer Wasserdampf und der Tropfen gleitet so über dem heißen Material ähnlich einem Luftkissenfahrzeug.

Diese gasförmige Schutzschicht entsteht auch bei flüssigem Stickstoff, wenn dieser auf Gegenstände mit Zimmertemperatur trifft. Durch den Leidenfrost-Effekt ist es deshalb möglich, sich flüssigen Stickstoff (−196 °C) über die Hand laufen zu lassen oder die Hand für einen Augenblick einzutauchen, ohne sich zu verletzen. Es muss dabei jedoch sichergestellt sein, dass der gesamte Stickstoff ablaufen kann und sich nicht in Mulden sammelt. Gefahr besteht, wenn der flüssige Stickstoff Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z.B. einen Ring am Finger) berührt. Hier besteht eine erhebliche Erfrierungsgefahr.

Einen unerwünschten Effekt bewirkt das Leidenfrost-Phänomen beim Härten von Metallen in einem flüssigen Medium wie Öl oder Wasser. Das angestrebte Herabkühlen des Werkstückes in möglichst kurzer Zeit verlängert sich durch die Dampfschicht zwischen Werkstück und Kühlmedium. Durch Zusätze zum Kühlmedium kann der Effekt bedingt beeinflusst werden.

Ein anderer Vorgang, bei dem der Leidenfrost-Effekt angeblich vor Verbrennungen schützt, aber tatsächlich keine Rolle spielt, ist das Laufen über glühende Kohlen.

In der Serie Mythbusters wurde erfolgreich das Eintauchen der mit Wasser angefeuchteten Finger in flüssiges Blei getestet, ohne dass der Proband Schaden davontrug. Dies ist ebenfalls auf den Leidenfrost-Effekt zurückzuführen.

Literatur

• Johann Gottlob Leidenfrost: De aquæ communis nonnullis qualitatibus tractatus, Hermann Ovenius, Duisburg 1756 (lateinisch; beim MDZ); Nachdruck H. W. Cramer, Duisburg 1796 (beim GDZ)

Weblinks

Commons: Leidenfrost-Effekt – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• Jearl Walker: Boiling and the Leidenfrost effect. (PDF-Datei; 124 kB)
• Versuch 103: Das Leidenfrost Phänomen.
• Self-Propelled Droplets. Archiviert vom Original am 30. Januar 2013; abgerufen am 18. März 2014. .
• Hand vs. Liquid Nitrogen and the Leidenfrost Effect, Experimente.