Minden nap világszerte több száz millió konyha forral vizet naponta többször. Valaki azonnal emlékeztet az iskolai tantervre, és a szokatlan „kavitáció” szó felbukkan az emlékében.
"Néhány buborék robban - és ezért zaj" - kérdezi a tudatalatti. De kevés ember emlékszik a folyamat pontos menetére. Sőt, csak kevesen tudják, hogy a zajt két jelenség egyszerre hozza létre.
Mi forrásban van?
Mi forrásban van? Világos meghatározás: "Forrás: az a párolgás, amely a folyadék teljes mennyiségében egyidejűleg zajlik." A folyamat elindításához a következő feltételeknek kell teljesülniük:
- Párolgási központok jelenléte;
- Állandó hőbevitel;
A folyadék eléri a hőmérsékletet, amelyet forráspontnak hívnak.
Miért alakulnak ki gőzbuborékok forrásban lévő vízben?
A párolgás központjai, amelyek körül a buborékok megjelennek, kis repedések, zsíros foltok és szilárd részecskék - porrészecskék. Kis csapdákat csapdába ejtenek, és a folyadék csapdába ejti a levegőt, amíg forralni nem kezd. A víz oldott gázokat is tartalmaz: oxigént, nitrogént, szén-dioxidot. A gázmolekulák és a vízmolekulák közötti kötések gyengék és hevítéskor gyorsan összeomlanak. Amikor az oldott gáz felszabadul, a víz nyomása arra kényszeríti, hogy az energiahatékonyabb - gömb alakú - legyen. Kiderül, hogy a buborékok.
A gáz fejlődése után a hő elkezdi elválasztani a folyékony molekulákat.Gőzképződés, amely a már kialakult buborékok belsejében szabadul fel. Így kezdődik a forráspont.
Forrászaj okai
A forrás első jeleit a vízforraló alján lehet megfigyelni - ott van a legmagasabb hőmérséklet, ott vannak az első buborékok. Mindegyik tartalmaz gázt és telített gőzt. Amíg a buborék kicsi, azt a felületi feszültség tartja. Ezután a gyorsan mozgó vízmolekulák, amelyek képezik a gőzt, felhalmozódnak a buborék belsejében, és növekedni kezdenek. A leválasztás abban a pillanatban következik be, amikor az Arkhimédész erő, amely a buborékot megnyomja, több lesz, mint az azt tartó húzóerők. A buborék kiszabadul, és a felszínre rohan
A leválasztás miatt a folyadék rezeg. Ezek a rezgések okozzák a forró zajt az elsőként.. Becsülheti meg a vett hang frekvenciáját. Fordítottan arányos azzal az idővel, amelyre egy buborék elbukik az alulról. Az idő azonban az elválasztás által okozott rezgés erősségét jellemzi.
A számítások azt mutatták, hogy az átlagos elválasztási idő körülbelül 0,01 másodperc, ami azt jelenti, hogy a hangfrekvencia körülbelül 100 Hz. Ezek az adatok tették lehetővé a tudósok számára, hogy megértsék, hogy a vízforraló forralásakor a zajnak más oka is van. Végül is a hang valós frekvenciáját megmérték, és a kiszámítottnál nagyobb nagyságrenddel kiderült.
A zaj kettős természetének felfedezését Joseph Black skót tudós végezte. Ez történt a 18. században, az Edinburghi Egyetemen végzett munkája során.
A fő zajforrás víz forralásakor
Joseph Black volt az, aki először megvizsgálta a forráspontot és megállapította a kiegészítő zaj forrását. Megállapította, hogy nem minden buborék, amely az aljáról és a falaktól jön le, eléri a felületet. És a forráspont kezdetén nem egyetlen buborék érkezik a felszínre - eltűnnek a vízoszlopban.
A jelenség annyira felkeltette a figyelmet a tudósra, hogy több álmatlan éjszakát töltött, hogy megkeresse a buborékok eltűnésének okát. A kutatás segített a helyes következtetés levonásában. A válasz egyszerű volt - a hőmérsékleti különbség. A mozgás elején a buborékok az edény legforróbb részében vannak. A telített gőznyomás lehetővé teszi számukra gömb alakjának fenntartását.
Hang változása forrásban lévő vízben
Felfelé haladva a buborékok a hidegebb rétegekbe esnek. A gőz kondenzálódni kezd, a belső nyomás csökken. Egy bizonyos ponton már nem tudja megtartani alakját és összeomlik. A buborékok forrás közbeni kialakulásának, elválasztásának és összeomlásának jelenségét "kavitációnak" nevezték. A szükséges számításokat elvégeztük, amelyek azt mutatták, hogy a hang frekvenciája az összeomlás során közel áll az 1000 Hz értékhez. Az adatok megfelelnek a kísérletileg mért paramétereknek. Ahogy a folyadék felmelegszik, a buborékok leállnak és a zajszint megváltozik. A hang frekvenciája jelentősen csökken. Hamarosan minden buborék kivétel nélkül eléri a felületet. A zaj csökken, "gurgle" felmerül.
A buborékok születése, szétválasztása, buborékolódása és felrobbanása olyan fizikai jelenség, amelyet emberek milliói látnak minden nap. A főzés azonban nehezebb, mint amilyennek látszik.Két folyamat különböztethető meg: kavitáció és folyadék-lengés a buborék leválása során. Mindkettő megkülönböztető hangot ad, de az egyik akusztikus hatása könnyen megkülönböztethető a másiktól. A zaj alapján könnyen meghatározható, hogy mikor melegszik a víz a vízforraló vízben a kívánt hőmérsékletre.
