Hver dag koger hundreder af millioner køkkener rundt om i verden vand flere gange om dagen. Nogen husker straks skolens læseplan, og det usædvanlige ord “kavitation” dukker op i hans hukommelse.
”Nogle bobler brister - og derfor støj,” beder underbevidstheden hjælpsomt. Men få mennesker husker det nøjagtige forløb. Og desuden er der få mennesker, der ved, at støj oprettes samtidig af to fænomener.
Hvad koger?
Hvad koger? Der er en klar definition: "Kogning er fordampningen, der finder sted samtidig i hele væskemængden." For at starte processen skal følgende betingelser være opfyldt:
- Tilstedeværelsen af fordampningscentre;
- Konstant varmeindgang;
Væsken når en bestemt temperatur, kaldet kogepunktet.
Hvorfor dannes dampbobler i kogende vand?
Fordampningscentrene, omkring hvilke bobler begynder at vises, er små revner, fedtede pletter og faste partikler - støvpartikler. De fælder små mængder luft, og væsken fælder luften, indtil den begynder at koge. Vandet indeholder også opløste gasser: ilt, nitrogen, kuldioxid. Bindingerne mellem gasmolekyler og vandmolekyler er svage og falder hurtigt sammen efter opvarmning. Når den opløste gas frigives, tvinger vandtrykket den til at tage den mest energieffektive - sfæriske form. Det viser sig bobler.
Efter gasudviklingen begynder varmen at adskille de flydende molekyler.Dampformer, der frigøres i allerede dannede bobler. Så kogeprocessen begynder.
Årsager til kogende støj
De første tegn på kogning kan ses i bunden af kedlen - der er den højeste temperatur, det er der, de første bobler vises. Hver af dem indeholder gas og mættet damp. Mens boblen er lille, holdes den af overfladespænding. Derefter ophobes de hurtigt bevægende vandmolekyler, der danner dampen, inde i boblen, og det begynder at vokse. Frakobling sker i det øjeblik, hvor kraften fra Archimedes, der skubber boblen, bliver mere end trækkræfterne, der holder den. Boblen frigøres og haster til overfladen
Afmontering får væske til at vibrere. Disse vibrationer er den første årsag til kogende støj.. Du kan estimere hyppigheden af den modtagne lyd. Det er omvendt proportionalt med den tid det tager en boble at bryde væk fra bunden. Tid karakteriserer imidlertid styrken af svingningen forårsaget af adskillelse.
Beregningerne viste, at den gennemsnitlige separationstid er ca. 0,01 sekunder, hvilket betyder, at lydfrekvensen er omkring 100 Hz. Det var disse data, der gjorde det muligt for forskere at forstå, at der var en anden grund til støjen, når man kogte kedlen. Når alt kommer til alt blev den virkelige lydfrekvens målt og viste sig at være en størrelsesorden større end beregnet.
Opdagelsen af støjens dobbelte karakter blev foretaget af den skotske videnskabsmand Joseph Black. Dette skete i det 18. århundrede, under hans arbejde på University of Edinburgh.
Den vigtigste støjkilde ved kogende vand
Det var Joseph Black, der først undersøgte kogeprocessen og konstaterede kilden til yderligere støj. Han fandt, at ikke alle bobler, der kommer ned fra bunden og væggene, når overfladen. Og helt i begyndelsen af kogeprocessen når ikke en enkelt boble overfladen - de forsvinder i vandkolonnen.
Fænomenet interesserede videnskabsmanden så, at han tilbragte flere søvnløse nætter med at forsøge at finde årsagen til, at boblerne forsvandt. Forskning har bidraget til at drage den rigtige konklusion. Svaret var enkelt - temperaturforskellen. I begyndelsen af dens bevægelse er boblerne i den hotteste del af karret. Det mættede damptryk giver dem mulighed for at bevare deres sfæriske form.
Lydændring ved kogende vand
Når du bevæger sig op, falder boblerne ned i de koldere lag. Dampen begynder at kondensere, trykket indeni falder. På et tidspunkt kan han ikke længere fastholde sin form og kollapse. Fænomenet dannelse, adskillelse og kollaps af bobler under kogning blev kaldt "kavitation". De nødvendige beregninger blev foretaget, hvilket viste, at lydfrekvensen under sammenbrud er tæt på værdien på 1000 Hz. Data svarer til eksperimentelt målte parametre. Når væsken opvarmes, stopper boblerne sammen, og støjniveauet ændres. Frekvensen af lyd falder markant. Snart uden undtagelse når alle boblerne overfladen. Støjen falder, en "gurgle" opstår.
Fødsel, adskillelse, opstigning og sprængning af bobler er et fysisk fænomen, som millioner af mennesker ser hver dag. Men kogning er sværere, end det ser ud til i starten.Der kan skelnes mellem to processer: kavitation og væskesvingning under bobleafvikling. Begge producerer en karakteristisk lyd, men den akustiske effekt er let at skelne fra den anden. Ved støj kan du nemt bestemme, hvornår vandet i kedlen har varmet op til den ønskede temperatur.
