Сваког дана стотине милиона кухиња широм света кључају воду неколико пута дневно. Неко се одмах сећа школског наставног плана и необична реч „кавитација“ се појављује у његовом сећању.
„Неки мехурићи пукну - а самим тим и шум“, подсвесно поручује подсвест. Али мало људи се сећа тачног тока процеса. И штавише, мало људи зна да буку стварају истовремено две појаве.
Шта кључа?
Шта кључа? Постоји јасна дефиниција: "Врелиште је испаравање које се одвија истовремено у целој запремини течности." Да бисте покренули поступак, морају се испунити следећи услови:
- Присуство центара за испаравање;
- Константан унос топлоте;
Течност достиже одређену температуру, која се назива тачка кључања.
Зашто се мехурићи паре формирају у кипућој води?
Центри испаравања око којих почињу да се појављују мехурићи су мале пукотине, масне мрље и чврсте честице - честице прашине. Ухватају мале количине ваздуха, а течност хвата ваздух док не почне кључати. Вода такође садржи растворене гасове: кисеоник, азот, угљен диоксид. Везе између молекула гаса и молекула воде су слабе и брзо се распадају након загревања. Када се растворени гас ослобађа, притисак воде га присиљава да добије најефикаснији - сферни облик. Испада да су мехурићи.
Након еволуције гаса, топлота почиње да одваја течне молекуле.Формира се пара која се ослобађа унутар већ формираних мјехурића. Тако започиње процес кључања.
Узроци буке кључања
Први знакови кључања могу се приметити на дну котлића - тамо је највиша температура, тамо се појављују први мехурићи. Сваки од њих садржи гас и засићену пару. Иако је мехур мали, задржава га површинска напетост. Тада се молекули воде који се брзо крећу и формирају паре накупљају се у мехурићу и он почиње да расте. Одвајање се догађа у тренутку када сила Архимеда, гурајући мјехурић, постане већа од затезних сила које га држе. Мјехурић се отпушта и извире на површину
Одвајање узрокује да вибрира течност. Ове вибрације су први узрок буке.. Можете проценити фреквенцију примљеног звука. То је обрнуто пропорционално времену које је потребно да се балон одвоји са дна. Међутим, време карактерише снагу осцилације изазване одвајањем.
Прорачуни су показали да је просечно време раздвајања око 0,01 секунди, што значи да је фреквенција звука око 100 Хз. Управо ти подаци омогућили су научницима да схвате да постоји неки други разлог за буку док кључање чајника. Напокон, измерена је стварна фреквенција звука и испоставило се да је налог величине веће од израчунатих.
Откривање двоструке природе буке направио је шкотски научник Јосепх Блацк. То се десило у 18. веку, током његовог рада на Единбуршком универзитету.
Главни извор буке при кључању воде
Јосепх Блацк је први истражио поступак кључања и утврдио извор додатне буке. Открио је да нису сви мехурићи који долазе са дна и зидова досежу до површине. И на самом почетку процеса кључања нити један мјехурић не досегне површину - они нестају у воденом стубу.
Феномен је толико заинтересовао научника да је провео неколико бесаних ноћи покушавајући да открије узрок нестанка мехурића. Истраживање је помогло да се донесе прави закључак. Одговор је био једноставан - температурна разлика. На почетку свог кретања, мехури се налазе у најтоплијем делу посуде. Притисак засићене паре омогућава им да задрже свој сферни облик.
Звук се мења приликом кључања воде
При кретању према горе, мехурићи падају у хладније слојеве. Пара почиње да се кондензује, притисак унутар пада. У неком тренутку више не може да задржи свој облик и пропада. Појава формирања, одвајања и колапса мехурића током кључања названа је "кавитација". Обављени су потребни прорачуни, који су показали да је фреквенција звука током колапса близу вредности од 1000 Хз. Подаци одговарају експериментално измереним параметрима. Како се течност загрева, мехурићи се престају урушавати и ниво буке се мења. Фреквенција звука се значајно смањује. Убрзо, без изузетка, сви мехурићи испливају на површину. Бука утихне, настаје „гунђање“.
Рођење, раздвајање, бурење и пуцање мехурића је физичка појава коју свакодневно виде милиони људи. Али кључање је теже него што се чини на почетку.Могу се разликовати два процеса: кавитација и осцилација течности током одвајања мехурића. Обоје дају карактеристичан звук, али је звучни ефекат једног лако разликовати од другог. По буци лако можете одредити када се вода у чајнику загрејала до жељене температуре.
