كل يوم ، تغلي مئات الملايين من المأكولات حول العالم المياه عدة مرات في اليوم. يتذكر أحدهم على الفور منهج المدرسة ، وتظهر كلمة "التجويف" غير العادية في ذاكرته.
ويحثه العقل الباطن على أن "بعض الفقاعات تنفجر - وبالتالي الضوضاء". لكن قلة من الناس تتذكر المسار الدقيق للعملية. علاوة على ذلك ، قلة من الناس يعرفون أن الضوضاء تحدث في وقت واحد من خلال ظاهرتين.
ما هو الغليان؟
ما هو الغليان؟ هناك تعريف واضح: "الغليان هو التبخر الذي يحدث في وقت واحد في كامل حجم السائل." لبدء العملية ، يجب استيفاء الشروط التالية:
- وجود مراكز التبخير ؛
- إدخال حرارة ثابتة
يصل السائل إلى درجة حرارة معينة تسمى نقطة الغليان.
لماذا تتكون فقاعات البخار في الماء المغلي؟
مراكز التبخير ، التي تبدأ حولها الفقاعات بالظهور ، هي شقوق صغيرة وبقع دهنية وجسيمات صلبة - جزيئات الغبار. يحجزون كميات صغيرة من الهواء ، ويحتجز السائل الهواء حتى يبدأ الغليان. يحتوي الماء أيضًا على غازات مذابة: الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون. الروابط بين جزيئات الغاز وجزيئات الماء ضعيفة وتنهار بسرعة عند التسخين. عندما يتم إطلاق الغاز المذاب ، فإن ضغط الماء يجبره على أخذ الشكل الكروي الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. اتضح فقاعات.
بعد تطور الغاز ، تبدأ الحرارة بفصل الجزيئات السائلة.أشكال البخار ، التي يتم إطلاقها داخل فقاعات متكونة بالفعل. لذلك تبدأ عملية الغليان.
أسباب ضجيج الغليان
يمكن ملاحظة العلامات الأولى للغليان في أسفل الغلاية - هناك أعلى درجة حرارة ، هناك تظهر الفقاعات الأولى. يحتوي كل منها على غاز وبخار مشبع. في حين أن الفقاعة صغيرة ، إلا أنها تُمسك بالتوتر السطحي. ثم تتراكم جزيئات الماء سريعة الحركة التي تشكل البخار داخل الفقاعة ويبدأ في الزيادة. يحدث الانفصال في اللحظة التي تصبح فيها قوة أرخميدس ، التي تدفع الفقاعة ، أكثر من قوة الشد التي تمسكها. يتم تحرير الفقاعة وتندفع إلى السطح
يؤدي الانفصال إلى اهتزاز السوائل. هذه الاهتزازات هي السبب الأول لضوضاء الغليان.. يمكنك تقدير تردد الصوت المستلم. يتناسب بشكل عكسي مع الوقت الذي تستغرقه الفقاعة للانفصال عن القاع. ومع ذلك ، يميز الوقت قوة التذبذب الناتج عن الانفصال.
أظهرت الحسابات أن متوسط وقت الفصل حوالي 0.01 ثانية ، مما يعني أن تردد الصوت حوالي 100 هرتز. كانت هذه البيانات هي التي سمحت للعلماء بفهم أن هناك سببًا آخر للضوضاء عند غلي الغلاية. بعد كل شيء ، تم قياس التردد الحقيقي للصوت واتضح أن حجمه أكبر من المحسوب.
تم اكتشاف الطبيعة المزدوجة للضوضاء من قبل العالم الاسكتلندي جوزيف بلاك. حدث هذا في القرن الثامن عشر ، أثناء عمله في جامعة إدنبرة.
المصدر الرئيسي للضوضاء عند غليان الماء
كان جوزيف بلاك هو أول من حقق في عملية الغليان وحدد مصدر الضوضاء الإضافية. وجد أن الفقاعات ليست كلها تنزل من الأسفل والجدران تصل إلى السطح. وفي بداية عملية الغليان ، لا تصل فقاعة واحدة إلى السطح - تختفي في عمود الماء.
هذه الظاهرة كانت مهتمة جدًا بالعالم لدرجة أنه قضى عدة ليال بلا نوم محاولًا العثور على سبب اختفاء الفقاعات. ساعدت البحوث على التوصل إلى الاستنتاج الصحيح. كان الجواب بسيطًا - فرق درجة الحرارة. في بداية حركتها ، تكون الفقاعات في الجزء الأكثر سخونة من الوعاء. يسمح ضغط البخار المشبع لها بالحفاظ على شكلها الكروي.
تغيير الصوت عند غليان الماء
عند التحرك للأعلى ، تقع الفقاعات في الطبقات الأكثر برودة. يبدأ البخار في التكاثف ، ينخفض الضغط بداخله. في مرحلة ما ، لم يعد بإمكانه الاحتفاظ بشكله وانهياره. كانت ظاهرة تكوين وفصل وانهيار الفقاعات أثناء الغليان تسمى "التجويف".. تم إجراء الحسابات اللازمة والتي أظهرت أن تردد الصوت أثناء الانهيار قريب من قيمة 1000 هرتز. تتوافق البيانات مع المعلمات المقاسة تجريبيا. عندما يسخن السائل ، تتوقف الفقاعات عن الانهيار ويتغير مستوى الضوضاء. تردد الصوت ينخفض بشكل ملحوظ. قريبا ، دون استثناء ، تصل جميع الفقاعات إلى السطح. يهدأ الضجيج ، وتنشأ "الغرغرة".
إن ولادة الفقاعات وانفصالها وتفجيرها وتفجيرها هي ظاهرة جسدية يراها الملايين من الناس كل يوم. لكن الغليان أصعب مما يبدو في البداية.يمكن تمييز عمليتين: التجويف وتذبذب السوائل أثناء انفصال الفقاعة. كلاهما ينتج صوتًا مميزًا ، ولكن من السهل تمييز التأثير الصوتي لأحدهما عن الآخر. من خلال الضوضاء ، يمكنك بسهولة تحديد متى يتم تسخين الماء في الغلاية إلى درجة الحرارة المطلوبة.
