Varje dag kokar hundratals miljoner kök runt om i världen vatten flera gånger om dagen. Någon påminner omedelbart skolplanen och det ovanliga ordet "kavitation" dyker upp i hans minne.
"Vissa bubblor spricker - och därför buller", frågar undermedvetet hjälpsamt. Men få människor kommer ihåg den exakta processen. Och dessutom är det få som vet att buller skapas samtidigt av två fenomen.
Vad kokar?
Vad kokar? Det finns en tydlig definition: "Kokning är förångningen som sker samtidigt i hela vätskevolymen." För att starta processen måste följande villkor vara uppfyllda:
- Förekomsten av förångningscentra;
- Konstant värmeinmatning;
Vätskan når en viss temperatur, kallad kokpunkten.
Varför bildas ångbubblor i kokande vatten?
Förångningscentrumen, runt vilka bubblor börjar dyka upp, är små sprickor, oljiga fläckar och fasta partiklar - dammpartiklar. De fångar små volymer luft och vätskan fångar luften tills kokningen börjar. Vattnet innehåller också upplösta gaser: syre, kväve, koldioxid. Bindningarna mellan gasmolekyler och vattenmolekyler är svaga och kollapsar snabbt vid uppvärmning. När den upplösta gasen släpps tvingar vattnets tryck det till att ta den mest energieffektiva - sfäriska formen. Det visar sig bubblor.
Efter gasutvecklingen börjar värmen att separera vätskemolekylerna.Ångformer, som släpps i redan bildade bubblor. Så kokningsprocessen börjar.
Orsaker till kokande brus
De första tecknen på kokning kan observeras i botten av vattenkokaren - det finns den högsta temperaturen, det är där de första bubblorna dyker upp. Var och en av dem innehåller gas och mättad ånga. Medan bubblan är liten hålls den av ytspänning. Sedan samlas de snabbt rörliga vattenmolekylerna som bildar ångan in i bubblan och det börjar öka. Lossning sker i det ögonblick då styrkan från Archimedes, tryckande bubblan, blir mer än dragkraften som håller den. Bubblan släpps och rusar till ytan
Lossning får vätska att vibrera. Dessa vibrationer är den första orsaken till kokande ljud.. Du kan uppskatta frekvensen för det mottagna ljudet. Det är omvänt proportionellt mot den tid det tar en bubbla att bryta bort från botten. Tid karaktäriserar emellertid styrkan hos svängningen orsakad av separation.
Beräkningarna visade att den genomsnittliga separationstiden är cirka 0,01 sekunder, vilket innebär att ljudfrekvensen är cirka 100 Hz. Det var dessa data som gjorde det möjligt för forskare att förstå att det fanns någon annan anledning till bruset när du kokade vattenkokaren. Trots allt mättes den verkliga ljudfrekvensen och visade sig vara en storleksordning större än beräknat.
Upptäckten av brusens dubbla natur gjordes av den skotska forskaren Joseph Black. Detta hände på 1700-talet, under hans arbete vid University of Edinburgh.
Den viktigaste ljudkällan vid kokande vatten
Det var Joseph Black som först undersökte kokprocessen och fastställde källan för ytterligare buller. Han fann att inte alla bubblor som kommer från botten och väggar når ytan. Och i början av kokprocessen når inte en enda bubbla ytan - de försvinner i vattenspelaren.
Fenomenet så intresserad av forskaren att han tillbringade flera sömnlösa nätter för att försöka hitta orsaken till att bubblorna försvann. Forskning har hjälpt till att dra rätt slutsats. Svaret var enkelt - temperaturskillnaden. I början av sin rörelse är bubblorna i den hetaste delen av fartyget. Mättat ångtryck gör att de kan behålla sin sfäriska form.
Ljudändring vid kokande vatten
När du flyttar upp faller bubblorna i de kallare lagren. Ångan börjar kondensera, trycket inuti sjunker. Vid någon tidpunkt kan han inte längre hålla sin form och kollapsar. Fenomenet bildning, separering och kollaps av bubblor under kokning kallades "kavitation". De nödvändiga beräkningarna genomfördes, vilket visade att ljudfrekvensen under kollaps är nära värdet 1000 Hz. Data motsvarar experimentellt uppmätta parametrar. När vätskan värms upp slutar bubblorna att kollapsa och ljudnivån ändras. Ljudfrekvensen minskar markant. Snart, utan undantag, når alla bubblor ytan. Bullret sjunker, en "gurgle" uppstår.
Födelse, separering, bubblande och sprängande av bubblor är ett fysiskt fenomen som miljontals människor ser varje dag. Men kokning är svårare än det verkar i början.Två processer kan särskiljas: kavitation och vätskescillation under bubbellösning. Båda producerar ett distinkt ljud, men den ena akustiska effekten är lätt att skilja från den andra. Med ljudet kan du enkelt bestämma när vattnet i vattenkokaren har värmts upp till önskad temperatur.
