Ogni giorno, centinaia di milioni di cucine in tutto il mondo bollono l'acqua più volte al giorno. Qualcuno ricorda immediatamente il curriculum scolastico e la insolita parola "cavitazione" compare nella sua memoria.
"Alcune bolle scoppiarono - e quindi il rumore", suggerisce il subconscio. Ma poche persone ricordano il corso esatto del processo. E, inoltre, poche persone sanno che il rumore è creato simultaneamente da due fenomeni.
Cosa sta bollendo?
Cosa sta bollendo? C'è una chiara definizione: "L'ebollizione è la vaporizzazione che si verifica contemporaneamente nell'intero volume del liquido". Per avviare il processo, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:
- La presenza di centri di vaporizzazione;
- Apporto di calore costante;
Il liquido raggiunge una certa temperatura, chiamata punto di ebollizione.
Perché si formano bolle di vapore nell'acqua bollente?
I centri di vaporizzazione, attorno ai quali iniziano ad apparire le bolle, sono piccole crepe, macchie unte e particelle solide - particelle di polvere. Intrappolano piccoli volumi d'aria e il liquido intrappola l'aria fino a quando inizia l'ebollizione. L'acqua contiene anche gas disciolti: ossigeno, azoto, anidride carbonica. I legami tra molecole di gas e molecole d'acqua sono deboli e collassano rapidamente al riscaldamento. Quando il gas disciolto viene rilasciato, la pressione dell'acqua lo costringe a prendere la forma sferica più efficiente dal punto di vista energetico. Si scopre bolle.
Dopo l'evoluzione del gas, il calore inizia a separare le molecole liquide.Forme di vapore, che viene rilasciato all'interno di bolle già formate. Quindi inizia il processo di ebollizione.
Cause di rumore bollente
I primi segni di ebollizione possono essere osservati sul fondo del bollitore: c'è la temperatura più alta, è lì che compaiono le prime bolle. Ognuno di essi contiene gas e vapore saturo. Mentre la bolla è piccola, è trattenuta dalla tensione superficiale. Quindi le molecole d'acqua in rapido movimento che formano il vapore si accumulano all'interno della bolla e inizia ad aumentare. Il distacco si verifica nel momento in cui la forza di Archimede, spingendo la bolla, diventa più delle forze di tensione che la reggono. La bolla viene rilasciata e si precipita in superficie
Il distacco fa vibrare il fluido. Queste vibrazioni sono la prima causa del rumore in ebollizione.. È possibile stimare la frequenza del suono ricevuto. È inversamente proporzionale al tempo impiegato da una bolla per staccarsi dal fondo. Il tempo caratterizza anche la forza dell'oscillazione causata dalla separazione.
I calcoli hanno mostrato che il tempo di separazione medio è di circa 0,01 secondi, il che significa che la frequenza del suono è di circa 100 Hz. Sono stati questi dati che hanno permesso agli scienziati di capire che c'era qualche altra ragione per il rumore quando il bollitore stava bollendo. Dopotutto, la frequenza reale del suono è stata misurata e si è rivelata un ordine di grandezza maggiore di quello calcolato.
La scoperta della duplice natura del rumore è stata fatta dallo scienziato scozzese Joseph Black. Questo è successo nel 18 ° secolo, durante il suo lavoro all'Università di Edimburgo.
La principale fonte di rumore durante l'acqua bollente
Fu Joseph Black che per primo indagò sul processo di ebollizione e stabilì la fonte del rumore aggiuntivo. Ha scoperto che non tutte le bolle che escono dal fondo e le pareti raggiungono la superficie. E all'inizio del processo di ebollizione, non una sola bolla raggiunge la superficie: scompaiono nella colonna d'acqua.
Il fenomeno ha interessato così tanto lo scienziato che ha trascorso diverse notti insonni cercando di trovare la causa della scomparsa delle bolle. La ricerca ha contribuito a trarre le giuste conclusioni. La risposta è stata semplice: la differenza di temperatura. All'inizio del suo movimento, le bolle sono nella parte più calda della nave. La tensione di vapore consente loro di mantenere la loro forma sferica.
Il suono cambia quando bolle l'acqua
Quando si alzano, le bolle cadono negli strati più freddi. Il vapore inizia a condensarsi, la pressione all'interno diminuisce. Ad un certo punto, non riesce più a mantenere la sua forma e collassa. Il fenomeno della formazione, separazione e collasso delle bolle durante l'ebollizione era chiamato "cavitazione". Sono stati effettuati i calcoli necessari, che hanno dimostrato che la frequenza del suono durante il collasso è vicina al valore di 1000 Hz. I dati corrispondono a parametri misurati sperimentalmente. Mentre il fluido si riscalda, le bolle smettono di collassare e il livello di rumore cambia. La frequenza del suono diminuisce notevolmente. Presto, tutte, senza eccezione, le bolle raggiungono la superficie. Il rumore si attenua, sorge un "gorgoglio".
La nascita, la separazione, il gorgoglio e lo scoppio delle bolle sono un fenomeno fisico che milioni di persone vedono ogni giorno. Ma l'ebollizione è più difficile di quanto sembri inizialmente.Si possono distinguere due processi: cavitazione e oscillazione del fluido durante il distacco delle bolle. Entrambi producono un suono distintivo, ma l'effetto acustico di uno è facile da distinguere dall'altro. Dal rumore, puoi facilmente determinare quando l'acqua nel bollitore si è riscaldata alla temperatura desiderata.
