Joka päivä sadat miljoonat keittiöt ympäri maailmaa kiehuvat vettä useita kertoja päivässä. Joku muistuttaa heti koulun opetussuunnitelmaa ja hänen muistokseensa ilmaantuu epätavallinen sana “kavitaatio”.
"Jotkut kuplat räjähtivät - ja siksi melua", alitajunta kehottaa avuliaasti. Mutta harvat ihmiset muistavat prosessin tarkan kulun. Ja lisäksi harvat ihmiset tietävät, että melua synnyttävät samanaikaisesti kaksi ilmiötä.
Mitä kiehuu?
Mitä kiehuu? On olemassa selkeä määritelmä: "Kiehuminen on höyrystyminen, joka tapahtuu samanaikaisesti koko nestetilavuudessa." Prosessin aloittamiseksi on täytettävä seuraavat ehdot:
- Höyrystyskeskuksien läsnäolo;
- Jatkuva lämmönkulutus;
Neste saavuttaa tietyn lämpötilan, jota kutsutaan kiehumispisteeksi.
Miksi höyrykuplia muodostuu kiehuvaan veteen?
Höyrystymiskeskittymiä, joiden ympärille kuplia alkaa muodostua, ovat pienet halkeamat, rasvaiset paikat ja kiinteät hiukkaset - pölyhiukkaset. Ne vangitsevat pienet määrät ilmaa, ja neste vangitsee ilman, kunnes se alkaa kiehua. Vesi sisältää myös liuenneita kaasuja: happea, typpeä, hiilidioksidia. Sidokset kaasumolekyylien ja vesimolekyylien välillä ovat heikot ja romahtavat nopeasti kuumentuessaan. Kun liuennut kaasu vapautuu, vedenpaine pakottaa sen energiatehokkaimpaan - pallomaiseen muotoon. Osoittautuu kuplia.
Kaasun kehittymisen jälkeen lämpö alkaa erottaa nestemäisiä molekyylejä.Höyrymuodot, jotka vapautuvat jo muodostuneiden kuplien sisään. Joten kiehumisprosessi alkaa.
Kiehuvan melun syyt
Ensimmäiset kiehumisen merkit voidaan havaita vedenkeittimen pohjassa - siellä on korkein lämpötila, ja siellä ensimmäiset kuplat ilmestyvät. Jokainen niistä sisältää kaasua ja tyydyttynyttä höyryä. Vaikka kupla on pieni, sitä pitää pintajännitys. Sitten nopeasti liikkuvat vesimolekyylit, jotka muodostavat höyryn, kertyvät kuplan sisään ja se alkaa kasvaa. Irrotus tapahtuu sillä hetkellä, kun kuplaa työntävä Archimedesin voima tulee enemmän kuin sitä pitävät vetolujuudet. Kupla vapautetaan ja kiirehtii pintaan
Irrottaminen aiheuttaa nesteen värähtelyn. Nämä värähtelyt ovat ensimmäinen syy kiehuvaan meluun.. Voit arvioida vastaanotetun äänen taajuuden. Se on kääntäen verrannollinen aikaan, joka kuluu kuplan murtumiseen pohjasta. Aika kuvaa kuitenkin erotuksen aiheuttaman värähtelyn voimakkuutta.
Laskelmat osoittivat, että keskimääräinen erotusaika on noin 0,01 sekuntia, mikä tarkoittaa, että äänitaajuus on noin 100 Hz. Juuri nämä tiedot antoivat tutkijoille ymmärtää, että melulle oli jokin muu syy kiehuttaessa kattilaa. Loppujen lopuksi äänen todellinen taajuus mitattiin ja osoittautui laskettua suurempi kertaluokka.
Melun kaksoisluonne löysi skotlantilainen tutkija Joseph Black. Tämä tapahtui 1700-luvulla hänen työskennellessään Edinburghin yliopistossa.
Tärkein melun lähde kiehuessaan vettä
Joseph Black tutki ensin kiehumisprosessin ja löysi lisämelu lähteen. Hän havaitsi, että kaikki pohjasta ja seinistä irtoavat kuplat eivät pääse pintaan. Ja kiehumisprosessin aivan alussa mikään kupla ei pääse pintaan - ne katoavat vesipylvääseen.
Ilmiö kiinnitti tutkijaa niin paljon, että hän vietti useita unettomia öitä yrittäessään löytää syy kuplojen katoamiseen. Tutkimus on auttanut tekemään oikeat johtopäätökset. Vastaus oli yksinkertainen - lämpötilaero. Liikkeen alussa kuplat ovat aluksen kuumimmassa osassa. Kyllästetty höyrynpaine antaa heille ylläpitää pallomaista muotoa.
Äänen muutos kiehuessaan vettä
Ylöspäin liikkuessa kuplat putoavat kylmempiin kerroksiin. Höyry alkaa tiivistyä, paine laskee. Jossain vaiheessa hän ei enää pysty pitämään muotoaan ja romahtaa. Kuplien muodostumisen, erottumisen ja romahtamisen ilmiötä kiehumisen aikana kutsuttiin "kavitaatioksi". Suoritettiin tarvittavat laskelmat, jotka osoittivat, että äänen taajuus romahduksen aikana on lähellä arvoa 1000 Hz. Tiedot vastaavat kokeellisesti mitattuja parametreja. Kun neste lämpenee, kuplat lakkaavat romahtamasta ja melutaso muuttuu. Äänen taajuus laskee huomattavasti. Pian poikkeuksetta kaikki kuplat saavuttavat pinnan. Melu vähenee, "gurlu" syntyy.
Kuplien syntyminen, erottuminen, kupluminen ja puhkeaminen on fyysinen ilmiö, jonka miljoonat ihmiset näkevät päivittäin. Keittäminen on kuitenkin vaikeampaa kuin aluksi näyttää.Kaksi prosessia voidaan erottaa: kavitaatio ja nesteen värähtely kuplan irrotuksen aikana. Molemmat tuottavat erottuvan äänen, mutta yhden akustinen vaikutus on helppo erottaa toisesta. Kohinalla voit helposti selvittää, milloin vedenkeittimen vesi on lämmennyt haluttuun lämpötilaan.
