Hver dag koker hundrevis av millioner kjøkken rundt om i verden vann flere ganger om dagen. Noen husker umiddelbart skolens læreplan og det uvanlige ordet "kavitasjon" dukker opp i hans minne.
"Noen bobler sprenger - og derfor støy," ber underbevisstheten nyttig. Men de færreste husker det nøyaktige forløpet. Og dessuten er det få som vet at støy skapes samtidig av to fenomener.
Hva koker?
Hva koker? Det er en klar definisjon: "Koking er fordampningen som skjer samtidig i hele væskevolumet." Følgende betingelser må være oppfylt for å starte prosessen:
- Tilstedeværelsen av fordampingssentre;
- Konstant varmeinngang;
Væsken når en viss temperatur, kalt kokepunktet.
Hvorfor dannes dampbobler i kokende vann?
Fordampingssentrene, rundt hvilke bobler begynner å vises, er små sprekker, fete flekker og faste partikler - støvpartikler. De feller små mengder luft, og væsken fanger luften til den begynner å koke. Vannet inneholder også oppløste gasser: oksygen, nitrogen, karbondioksid. Bindingene mellom gassmolekyler og vannmolekyler er svake og faller raskt sammen etter oppvarming. Når den oppløste gassen frigjøres, tvinger trykket fra vannet det til å ta den mest energieffektive - sfæriske formen. Det viser seg bobler.
Etter gassutviklingen begynner varmen å skille flytende molekyler.Dampformer som frigjøres i allerede dannede bobler. Så kokeprosessen begynner.
Årsaker til kokende støy
De første tegnene på koking kan observeres i bunnen av kjelen - det er den høyeste temperaturen, det er der de første boblene vises. Hver av dem inneholder gass og mettet damp. Mens boblen er liten, holdes den av overflatespenning. Deretter akkumuleres de raskt bevegelige vannmolekylene som danner dampen inne i boblen og den begynner å øke. Frakobling skjer i det øyeblikket når styrken til Archimedes, skyver boblen, blir mer enn strekkreftene som holder den. Boblen frigjøres og suser til overflaten
Løsning får væske til å vibrere. Disse vibrasjonene er den første årsaken til kokende støy.. Du kan estimere frekvensen av den mottatte lyden. Den er omvendt proporsjonal med tiden det tar en boble å bryte bort fra bunnen. Tid preger imidlertid styrken til svingningen forårsaket av separasjon.
Beregningene viste at gjennomsnittlig separasjonstid er omtrent 0,01 sekunder, noe som betyr at lydfrekvensen er omtrent 100 Hz. Det var disse dataene som gjorde det mulig for forskere å forstå at det var en annen grunn til støyen når man kokte kjelen. Tross alt ble den virkelige lydfrekvensen målt og viste seg å være en størrelsesorden større enn beregnet.
Oppdagelsen av støyens doble natur ble gjort av den skotske forskeren Joseph Black. Dette skjedde på 1700-tallet, under hans arbeid ved University of Edinburgh.
Den viktigste støykilden når kokende vann
Det var Joseph Black som først undersøkte kokeprosessen og etablerte kilden til ekstra støy. Han fant ut at ikke alle boblene som kommer fra bunnen og veggene når overflaten. Og helt i begynnelsen av kokeprosessen når ikke en eneste boble overflaten - de forsvinner ned i vannsøylen.
Fenomenet interesserte forskeren så at han tilbrakte flere søvnløse netter på å prøve å finne årsaken til boblenes forsvinning. Forskning har bidratt til å komme til den rette konklusjonen. Svaret var enkelt - temperaturforskjellen. I begynnelsen av bevegelsen er boblene i den varmeste delen av fartøyet. Damptrykket lar dem beholde sin sfæriske form.
Lyd endres når kokende vann
Når du beveger deg opp, faller boblene i de kaldere lagene. Dampen begynner å kondensere, trykket inni synker. På et tidspunkt kan han ikke lenger holde formen og kollapser. Fenomenet dannelse, separasjon og kollaps av bobler under koking ble kalt "kavitasjon". De nødvendige beregningene ble utført, som viste at frekvensen av lyd under kollaps er nær verdien på 1000 Hz. Data tilsvarer eksperimentelt målte parametere. Når væsken varmes opp, stopper boblene sammen og støynivået endres. Frekvensen av lyd synker betydelig. Snart når alle boblene uten unntak overflaten. Støyen avtar, en "gurgle" oppstår.
Fødsel, separasjon, bobling og sprekker av bobler er et fysisk fenomen som millioner av mennesker ser hver dag. Men å koke er vanskeligere enn det ser ut til å begynne med.To prosesser kan skilles ut: kavitasjon og væskesvingning under bobleavløsning. Begge produserer en særegen lyd, men den akustiske effekten av den ene er lett å skille fra den andre. Ved støy kan du enkelt bestemme når vannet i kjelen har varmet opp til ønsket temperatur.