Svakodnevno stotine milijuna kuhinja širom svijeta kuhaju vodu nekoliko puta dnevno. Netko se odmah sjeti školskog kurikuluma i neobična riječ "kavitacija" iskočila je u njegovom sjećanju.
"Neki mjehurići puknu - i samim tim buka", podsvjesno poručuje podsvijest. Ali malo ljudi se sjeća točnog tijeka postupka. I, osim toga, malo ljudi zna da buku stvaraju istovremeno dvije pojave.
Što kuha?
Što kuha? Postoji jasna definicija: "Vrelište je isparavanje koje se događa istovremeno u cijelom volumenu tekućine." Za pokretanje postupka moraju biti ispunjeni sljedeći uvjeti:
- Prisutnost centara za isparavanje;
- Konstantan unos topline;
Tekućina dostigne određenu temperaturu, koja se naziva vrelište.
Zašto se mjehurići pare formiraju u kipućoj vodi?
Središta isparavanja, oko kojih se počinju pojavljivati mjehurići, su male pukotine, masne mrlje i čvrste čestice - čestice prašine. Zarobljavaju male količine zraka, a tekućina zarobljava zrak dok ne počne ključati. Voda također sadrži otopljene plinove: kisik, dušik, ugljični dioksid. Veze između molekula plina i molekula vode su slabe i brzo se raspadaju nakon zagrijavanja. Kad se otopljeni plin pusti, tlak vode prisiljava ga da dobije energetski najučinkovitiji - sferni oblik. Ispada da su mjehurići.
Nakon evolucije plina, visoka temperatura počinje odvajati molekule tekućine.Formira se para koja se oslobađa unutar već formiranih mjehurića. Tako započinje proces vrenja.
Uzroci buke ključanja
Prvi znakovi vrenja mogu se primijetiti na dnu kotlića - tamo je najviša temperatura, tamo se pojavljuju prvi mjehurići. Svaki od njih sadrži plin i zasićenu paru. Iako je mjehurić malen, zadržava ga površinska napetost. Zatim se molekule vode koje se brzo kreću i koje stvaraju para nakupljaju se unutar mjehurića i on se počinje povećavati. Odvajanje se događa u trenutku kada Arhimedova sila, gurajući mjehurić, postaje veća od vlačnih sila koje ga drže. Mjehurić se oslobađa i izvire na površinu
Odvajanje uzrokuje da vibrira tekućina. Ove su vibracije prvi uzrok buke., Možete procijeniti frekvenciju primljenog zvuka. To je obrnuto proporcionalno vremenu potrebnom da se mjehurić odvoji od dna. Vrijeme, međutim, karakterizira snagu oscilacija uzrokovanih odvajanjem.
Proračuni su pokazali da je prosječno vrijeme odvajanja reda 0,01 sekunde, što znači da je frekvencija zvuka oko 100 Hz. Upravo su ti podaci omogućili znanstvenicima da razumiju da postoji neki drugi razlog za buku prilikom kuhanja kotlića. Napokon, izmjerena je stvarna frekvencija zvuka i pokazalo se da je red veličine veći od izračunatih.
Otkrivanje dvostruke prirode buke učinio je škotski znanstvenik Joseph Black. To se dogodilo u 18. stoljeću, za vrijeme njegova rada na Sveučilištu u Edinburghu.
Glavni izvor buke pri kipućoj vodi
Joseph Black prvi je istražio postupak vrenja i ustanovio izvor dodatne buke. Otkrio je da ne dolaze svi mjehurići s dna i zidova na površinu. I na samom početku procesa vrenja niti jedan mjehurić ne dosegne površinu - oni nestaju u vodenom stupcu.
Fenomen je toliko zainteresirao znanstvenika da je proveo nekoliko besanih noći pokušavajući pronaći uzrok nestanka mjehurića. Istraživanje je pomoglo da se donese pravi zaključak. Odgovor je bio jednostavan - temperaturna razlika. Na početku svog kretanja, mjehurići se nalaze u najtoplijem dijelu posude. Tlak zasićene pare omogućava im da zadrže svoj sferni oblik.
Zvuk se mijenja kada ključa voda
Pri kretanju prema gore, mjehurići padaju u hladnije slojeve. Para se počinje kondenzirati, tlak unutar pada. U nekom trenutku više ne može zadržati oblik i propada. Fenomen formiranja, odvajanja i kolapsa mjehurića tijekom vrenja nazvan je "kavitacijom", Obavljeni su potrebni proračuni koji su pokazali da je frekvencija zvuka tijekom kolapsa blizu vrijednosti od 1000 Hz. Podaci odgovaraju eksperimentalno izmjerenim parametrima. Kako se tekućina zagrijava, mjehurići se prestaju urušavati i razina buke mijenja. Frekvencija zvuka znatno se smanjuje. Ubrzo, bez iznimke, svi mjehurići dosegnu površinu. Buka utihne, nastaje „grmljanje“.
Rođenje, razdvajanje, bubrenje i pucanje mjehurića fizička je pojava koju svakodnevno vide milijuni ljudi. Ali kuhati je teže nego što se čini na početku.Mogu se razlikovati dva procesa: kavitacija i oscilacija tekućine tijekom odvajanja mjehurića. Oboje proizvode karakterističan zvuk, no akustički se učinak jednog lako razlikuje od drugog. Po buci lako možete odrediti kada se voda u kotliću zagrijala do željene temperature.