Každý deň stovky miliónov kuchýň z celého sveta vrú vodu niekoľkokrát denne. Niekto si okamžite spomína na školské osnovy a neobvyklé slovo „kavitácia“ sa objaví v jeho pamäti.
"Niektoré bubliny praskli - a preto aj šum," podvedomie pomôže. Ale len málo ľudí si pamätá presný priebeh procesu. Okrem toho málokto vie, že hluk sa vytvára súčasne dvoma javmi.
Čo varí?
Čo varí? Existuje jasná definícia: „Varenie je odparovanie, ku ktorému dochádza súčasne v celom objeme kvapaliny.“ Na začatie procesu musia byť splnené nasledujúce podmienky:
- Prítomnosť odparovacích centier;
- Konštantný tepelný príkon;
Kvapalina dosiahne určitú teplotu, ktorá sa nazýva bod varu.
Prečo sa vo vriacej vode tvoria pary?
Centrá odparovania, okolo ktorých sa začínajú objavovať bubliny, sú malé praskliny, mastné škvrny a tuhé častice - prachové častice. Zachytávajú malé množstvá vzduchu a tekutina zachytáva vzduch, až kým nezačne vrieť. Voda obsahuje aj rozpustené plyny: kyslík, dusík, oxid uhličitý. Väzby medzi molekulami plynu a molekulami vody sú slabé a pri zahrievaní sa rýchlo zrútia. Keď sa rozpustený plyn uvoľní, tlak vody ho núti, aby získal energeticky najúčinnejší - sférický tvar. Ukázalo sa, že bubliny.
Po vývoji plynu začína vysoká teplota separovať molekuly kvapaliny.Tvorí sa para, ktorá sa uvoľňuje vo vnútri už vytvorených bublín. Takže proces varenia začína.
Príčiny vriaceho hluku
Prvé známky varu je možné pozorovať na spodnej časti kanvice - je tu najvyššia teplota, objavujú sa prvé bubliny. Každá z nich obsahuje plyn a nasýtenú paru. Kým je bublina malá, drží ju povrchové napätie. Potom sa rýchlo sa pohybujúce molekuly vody, ktoré tvoria paru, hromadia vo vnútri bubliny a začínajú rásť. K odpojeniu dôjde v okamihu, keď sila Archimedovho posúvania bubliny je väčšia ako sila, ktorá ju drží. Bublina sa uvoľní a ponáhľa sa na povrch
Odpojenie spôsobuje vibráciu kvapaliny. Tieto vibrácie sú prvou príčinou vriaceho hluku., Môžete odhadnúť frekvenciu prijímaného zvuku. Je nepriamo úmerné času, ktorý trvá, kým sa bublina odtrhne od dna. Čas tiež charakterizuje silu kmitania spôsobeného separáciou.
Výpočty ukázali, že priemerný čas separácie je asi 0,01 sekundy, čo znamená, že frekvencia zvuku je asi 100 Hz. Práve tieto údaje vedcom umožnili pochopiť, že pri varení kanvice existuje ešte nejaký iný dôvod pre hluk. Koniec koncov, bola zmeraná skutočná frekvencia zvuku a ukázalo sa, že je rádovo vyššia ako vypočítaná.
Objav duálnej povahy hluku urobil škótsky vedec Joseph Black. Stalo sa tak v 18. storočí, počas jeho práce na Univerzite v Edinburghu.
Hlavný zdroj hluku pri vriacej vode
Bol to Joseph Black, ktorý najprv preskúmal proces varenia a vytvoril zdroj dodatočného hluku. Zistil, že nie všetky bubliny prichádzajúce zo dna a steny sa dostanú na povrch. A na samom začiatku procesu varu sa na povrch nedostane ani jedna bublina - zmiznú vo vodnom stĺpci.
Tento fenomén tak zaujal vedca, že strávil niekoľko bezesných nocí hľadaním príčiny zmiznutia bublín. Výskum pomohol dospieť k správnemu záveru. Odpoveď bola jednoduchá - teplotný rozdiel. Na začiatku pohybu sú bubliny v najteplejších častiach plavidla. Tlak nasýtených pár im umožňuje udržiavať ich sférický tvar.
Zmena zvuku pri vriacej vode
Pri pohybe nahor padajú bubliny do chladnejších vrstiev. Para začína kondenzovať, tlak vo vnútri klesá. V určitom okamihu už nemôže udržať svoj tvar a zrúti sa. Fenomén tvorby, oddeľovania a zrútenia bublín počas varenia sa nazýva kavitácia., Uskutočnili sa potrebné výpočty, ktoré ukázali, že frekvencia zvuku počas kolapsu sa blíži hodnote 1 000 Hz. Údaje zodpovedajú experimentálne zmeraným parametrom. Keď sa tekutina zahreje, bubliny sa zastavia a hladina hluku sa zmení. Frekvencia zvuku výrazne klesá. Čoskoro, bez výnimky, sa všetky bubliny dostanú na povrch. Hluk ustupuje, vzniká „kňučanie“.
Narodenie, odlúčenie, bublanie a praskanie bublín je fyzický jav, ktorý milióny ľudí vidia každý deň. Varenie je však ťažšie, ako sa zdá na začiatku.Rozlišujú sa dva procesy: kavitácia a oscilácia tekutín počas oddeľovania bublín. Obaja produkujú charakteristický zvuk, ale akustický efekt jedného sa dá ľahko odlíšiť od druhého. Hlukom môžete ľahko určiť, kedy sa voda v kanvici zohreje na požadovanú teplotu.