Всеки ден стотици милиони кухни по света кипят вода няколко пъти на ден. Някой веднага си спомня училищната програма и необичайната дума „кавитация” изскача в паметта му.
"Някои мехурчета се спукват - и следователно шум", подсказва полезно подсъзнанието. Но малко хора помнят точния ход на процеса. И освен това, малко хора знаят, че шумът се създава едновременно от две явления.
Какво кипи?
Какво кипи? Има ясно определение: "Кипенето е изпаряването, което се случва едновременно в целия обем на течността." За да стартирате процеса, трябва да бъдат изпълнени следните условия:
- Наличието на центрове за изпаряване;
- Постоянно влагане на топлина;
Течността достига определена температура, наречена точка на кипене.
Защо се образуват парни мехурчета във вряща вода?
Центровете на изпаряване, около които започват да се появяват мехурчета, са малки пукнатини, мазни петна и твърди частици - прахови частици. Те улавят малки обеми въздух, а течността улавя въздуха, докато започне да кипи. Водата съдържа и разтворени газове: кислород, азот, въглероден диоксид. Връзките между газовите молекули и молекулите на водата са слаби и бързо се разрушават при нагряване. Когато се разтвори разтвореният газ, налягането на водата го принуждава да приеме най-енергийно ефективната - сферична форма. Оказва се, мехурчета.
След отделянето на газ топлината започва да отделя течните молекули.Образува се пара, която се отделя вътре вече образувани мехурчета. Така процесът на кипене започва.
Причини за шум от кипене
Първите признаци на кипене могат да се наблюдават на дъното на чайника - там е най-високата температура, именно там се появяват първите мехурчета. Всеки от тях съдържа газ и наситена пара. Докато балонът е малък, той се задържа от повърхностно напрежение. Тогава бързо движещите се водни молекули, които образуват парите, се натрупват вътре в балона и той започва да се увеличава. Откъсването възниква в момента, когато силата на Архимед, изтласквайки балона, става повече от силите на опън, които го държат. Мехурът се освобождава и се втурва на повърхността
Откъсването причинява вибриране на течността. Тези вибрации са първата причина за шум от кипене., Можете да прецените честотата на получения звук. Той е обратно пропорционален на времето, от което е необходим балон, за да се откъсне от дъното. Времето обаче характеризира силата на трептенията, причинено от разделянето.
Изчисленията показаха, че средното време на разделяне е около 0,01 секунди, което означава, че честотата на звука е около 100 Hz. Именно тези данни позволиха на учените да разберат, че има някаква друга причина за шума при варене на чайника. В края на краищата реалната честота на звука беше измерена и се оказа, че е по-голяма от изчислената.
Откриването на двойствената природа на шума е направено от шотландския учен Джоузеф Блек. Това се случи през 18 век, по време на работата му в Университета в Единбург.
Основният източник на шум при кипене на вода
Именно Джоузеф Блек първи разследва процеса на кипене и установява източника на допълнителен шум. Той откри, че не всички мехурчета, идващи от дъното и стените, достигат до повърхността. И в самото начало на процеса на кипене нито един балон не достига до повърхността - те изчезват във водния стълб.
Феноменът толкова заинтересувал учения, че той прекарал няколко безсънни нощи, опитвайки се да открие причината за изчезването на мехурчетата. Изследванията са помогнали за правилното заключение. Отговорът беше прост - температурната разлика. В началото на движението си мехурчетата са в най-горещата част на съда. Налягането на наситените пари им позволява да поддържат сферичната си форма.
Промяна на звука при кипене на вода
При движение нагоре мехурчетата попадат в по-студените слоеве. Парата започва да се кондензира, налягането вътре спада. В един момент той вече не може да задържи формата си и да се срине. Феноменът на образуване, отделяне и свиване на мехурчета по време на кипене се наричаше "кавитация", Бяха направени необходимите изчисления, които показаха, че честотата на звука при срив е близка до стойността от 1000 Hz. Данните съответстват на експериментално измерените параметри. С нагряването на течността мехурчетата спират да се свиват и нивото на шума се променя. Честотата на звука намалява значително. Скоро, без изключение, всички мехурчета достигат до повърхността. Шумът утихва, възниква „бучене“.
Раждането, раздялата, бълбукането и пукането на мехурчета е физическо явление, което милиони хора виждат всеки ден. Но кипенето е по-трудно, отколкото изглежда в началото.Могат да се разграничат два процеса: кавитация и колебание на течността по време на отделяне на мехурчета. И двете издават отличителен звук, но акустичният ефект на единия е лесен за разграничаване от другия. По шум можете лесно да определите кога водата в чайника се е загрела до желаната температура.