În fiecare zi, sute de milioane de bucătării din întreaga lume fierb apa de mai multe ori pe zi. Cineva își amintește imediat programa școlară, iar cuvântul neobișnuit „cavitație” apare în memoria lui.
„Unele bule izbucnesc - și, prin urmare, zgomot”, solicită cu ajutor subconștientul. Însă puțini oameni își amintesc cursul exact al procesului. Și, în plus, puțini oameni știu că zgomotul este creat simultan de două fenomene.
Ce se fierbe?
Ce se fierbe? Există o definiție clară: „fierberea este vaporizarea care are loc simultan în întregul volum de lichid”. Pentru a începe procesul, trebuie îndeplinite următoarele condiții:
- Prezența centrelor de vaporizare;
- Intrare constantă de căldură;
Lichidul atinge o anumită temperatură, numită punct de fierbere.
De ce se formează bule de aburi în apă clocotită?
Centrele de vaporizare, în jurul cărora încep să apară bulele, sunt mici fisuri, pete grase și particule solide - particule de praf. Ei captează mici volume de aer, iar lichidul captează aerul până când începe să fiarbă. Apa conține și gaze dizolvate: oxigen, azot, dioxid de carbon. Legăturile dintre moleculele de gaz și moleculele de apă sunt slabe și se prăbușesc rapid la încălzire. Când gazul dizolvat este eliberat, presiunea apei îl obligă să ia cea mai eficientă energie - forma sferică. Se dovedește bule.
După evoluția gazului, temperatura ridicată începe să separe moleculele de lichid.Se formează abur, care este eliberat în bule deja formate. Deci procesul de fierbere începe.
Cauzele zgomotului de fierbere
Primele semne de fierbere pot fi observate în partea de jos a ceainicului - acolo este temperatura cea mai ridicată, acolo apare primele bule. Fiecare dintre ele conține gaz și abur saturat. În timp ce bula este mică, este menținută de tensiunea superficială. Apoi, moleculele de apă în mișcare rapidă care formează vaporii se acumulează în interiorul bulei și începe să crească. Detașarea apare în momentul în care forța lui Arhimede, care împinge bula, devine mai mult decât forțele de tracțiune care o dețin. Bulă este eliberată și se repezi la suprafață
Detașarea determină vibrarea fluidului. Aceste vibrații sunt prima cauză a zgomotului de fierbere.. Puteți estima frecvența sunetului primit. Este invers proporțională cu timpul necesar unei bule pentru a se desprinde de jos. Cu toate acestea, timpul caracterizează rezistența oscilației cauzată de separare.
Calculele au arătat că timpul mediu de separare este de aproximativ 0,01 secunde, ceea ce înseamnă că frecvența sunetului este de aproximativ 100 Hz. Aceste date au permis oamenilor de știință să înțeleagă că există un alt motiv pentru zgomot atunci când fierbe fierbătorul. La urma urmei, frecvența reală a sunetului a fost măsurată și s-a dovedit a fi un ordin de mărime mai mare decât calculat.
Descoperirea naturii duale a zgomotului a fost făcută de savantul scoțian Joseph Black. Acest lucru s-a întâmplat în secolul 18, în timpul activității sale la Universitatea din Edinburgh.
Principala sursă de zgomot la apă clocotită
Joseph Black a investigat pentru prima dată procesul de fierbere și a stabilit sursa de zgomot suplimentar. El a descoperit că nu toate bulele care ies din fund și pereții ajung la suprafață. Și la începutul procesului de fierbere, nici o singură bulă nu ajunge la suprafață - ele dispar în coloana de apă.
Fenomenul l-a interesat atât de mult pe omul de știință, încât a petrecut mai multe nopți nedormite încercând să găsească cauza dispariției bulelor. Cercetările au ajutat la concluziile corecte. Răspunsul a fost simplu - diferența de temperatură. La începutul mișcării sale, bulele se află în cea mai tare parte a vasului. Presiunea de vapori saturată le permite să-și mențină forma sferică.
Schimbarea sunetului atunci când fierbe apa
Când se ridică, bulele cad în straturile mai reci. Aburul începe să se condenseze, presiunea din interior scade. La un moment dat, el nu mai poate ține forma și se prăbușește. Fenomenul de formare, separare și prăbușire a bulelor în timpul fierberii a fost numit „cavitație”. Au fost efectuate calculele necesare, ceea ce a arătat că frecvența sunetului în timpul prăbușirii este aproape de valoarea de 1000 Hz. Datele corespund parametrilor măsurați experimental. Pe măsură ce lichidul se încălzește, bulele nu se mai prăbușesc și nivelul de zgomot se schimbă. Frecvența sunetului scade semnificativ. Curând, fără excepție, toate bulele ajung la suprafață. Zgomotul scade, apare un „gurgle”.
Nașterea, separarea, ascensiunea și izbucnirea bulelor este un fenomen fizic pe care milioane de oameni îl văd în fiecare zi. Dar fierberea este mai grea decât pare la început.Se pot distinge două procese: cavitația și oscilația fluidului în timpul detașării de bule. Ambele produc un sunet distinctiv, dar efectul acustic al unuia este ușor de diferențiat de celălalt. Prin zgomot, puteți determina cu ușurință când apa din fierbător a încălzit până la temperatura dorită.
