Každý den stovky milionů kuchyní po celém světě vaří vodu několikrát denně. Někdo si okamžitě vzpomene na školní osnovy a neobvyklé slovo „kavitace“ se objeví v jeho paměti.
„Některé bubliny praskly - a proto hluk,“ podvědomě nařídil. Ale jen málo lidí si pamatuje přesný průběh procesu. A navíc málokdo ví, že hluk je vytvářen současně dvěma jevy.
Co se vaří?
Co se vaří? Existuje jasná definice: „Vaření je odpařování, ke kterému dochází současně v celém objemu kapaliny.“ Pro zahájení procesu musí být splněny následující podmínky:
- Přítomnost odpařovacích center;
- Konstantní přívod tepla;
Kapalina dosáhne určité teploty, která se nazývá bod varu.
Proč se ve vroucí vodě tvoří bublinky páry?
Středy odpařování, kolem kterých se začnou objevovat bubliny, jsou malé praskliny, mastné skvrny a pevné částice - prachové částice. Zachytávají malé objemy vzduchu a kapalina vzduch zachytí, dokud nezačne vařit. Voda také obsahuje rozpuštěné plyny: kyslík, dusík, oxid uhličitý. Vazby mezi molekulami plynu a molekulami vody jsou slabé a při zahřátí se rychle zhroutí. Když se rozpuštěný plyn uvolní, tlak vody ho nutí, aby získal energeticky nejúčinnější - sférický tvar. Ukázalo se, že bubliny.
Po vývoji plynu začíná teplo oddělovat molekuly kapaliny.Pára se tvoří, která se uvolňuje uvnitř již vytvořených bublin. Takže začíná proces varu.
Příčiny vroucího hluku
První známky varu lze pozorovat na dně konvice - tam je nejvyšší teplota, tam se objevují první bubliny. Každá z nich obsahuje plyn a nasycenou páru. Zatímco bublina je malá, je držena povrchovým napětím. Pak se rychle se pohybující molekuly vody, které tvoří páru, hromadí uvnitř bubliny a začnou se zvyšovat. K odpojení dochází ve chvíli, kdy se síla Archimedes, která tlačí na bublinu, stane více než tahové síly, které ji drží. Bublina se uvolní a spěchá na povrch
Odpojení způsobí vibraci kapaliny. Tyto vibrace jsou první příčinou vroucího hluku.. Můžete odhadnout frekvenci přijímaného zvuku. Je nepřímo úměrné času, který trvá, než se bublina odtrhne od dna. Čas však charakterizuje sílu oscilace způsobené separací.
Výpočty ukázaly, že průměrná doba oddělení je asi 0,01 sekundy, což znamená, že frekvence zvuku je asi 100 Hz. Právě tato data vědcům umožnily pochopit, že existuje další důvod k hluku, když se konvice vařila. Koneckonců byla změřena skutečná frekvence zvuku a ukázalo se, že je řádově větší, než se počítá.
Objev dvojí povahy hluku provedl skotský vědec Joseph Black. To se stalo v 18. století, během jeho práce na University of Edinburgh.
Hlavním zdrojem hluku při vroucí vodě
Byl to Joseph Black, kdo nejprve prozkoumal proces varu a vytvořil zdroj dalšího hluku. Zjistil, že ne všechny bubliny přicházející ze dna a stěny se dostávají na povrch. A na samém začátku procesu vaření se na povrch nedostane ani jedna bublina - zmizí do vodního sloupce.
Tento jev tak vědce zajímal, že strávil několik nocí bez spánku a snažil se najít příčinu zmizení bublin. Výzkum pomohl učinit správný závěr. Odpověď byla jednoduchá - teplotní rozdíl. Na začátku jeho pohybu jsou bubliny v nejteplejší části nádoby. Tlak nasycených par jim umožňuje udržovat jejich sférický tvar.
Změna zvuku při vroucí vodě
Při pohybu nahoru padají bubliny do chladnějších vrstev. Pára začne kondenzovat, tlak uvnitř klesá. V určitém okamžiku už nemůže udržet svůj tvar a zhroutí se. Fenomén tvorby, separace a zhroucení bublin během vaření byl nazýván „kavitace“.. Byly provedeny nezbytné výpočty, které ukázaly, že frekvence zvuku během kolapsu je blízko k hodnotě 1 000 Hz. Data odpovídají experimentálně měřeným parametrům. Jakmile se tekutina zahřeje, bubliny se přestanou zhroutit a hladina hluku se změní. Frekvence zvuku se výrazně snižuje. Brzy, bez výjimky, se všechny bubliny dostanou na povrch. Hluk ustupuje, vzniká „gurgle“.
Zrození, odloučení, vzestup a praskání bublin je fyzický jev, který miliony lidí vidí každý den. Ale var je těžší, než se na první pohled zdá.Lze rozlišit dva procesy: kavitace a oscilace tekutin během odlučování bublin. Oba vytvářejí výrazný zvuk, ale akustický efekt jednoho je snadno odlišitelný od druhého. Hlukem můžete snadno určit, kdy se voda v konvici zahřeje na požadovanou teplotu.
