Her gün, dünya çapında yüz milyonlarca mutfak günde birkaç kez su kaynatıyor. Birisi hemen okul müfredatını hatırlar ve anısına alışılmadık “kavitasyon” kelimesi ortaya çıkar.
"Bazı kabarcıklar patladı - ve bu yüzden gürültü," diye bilinçaltına yardımcı olur. Ancak birkaç kişi sürecin kesin seyrini hatırlıyor. Üstelik, birkaç kişi gürültünün iki fenomen tarafından aynı anda yaratıldığını biliyor.
Kaynama nedir?
Kaynama nedir? Açık bir tanım var: "Kaynama tüm sıvı hacminde aynı anda meydana gelen buharlaşmadır." İşlemi başlatmak için aşağıdaki koşulların karşılanması gerekir:
- Buharlaşma merkezlerinin varlığı;
- Sabit ısı girişi;
Sıvı, kaynama noktası adı verilen belirli bir sıcaklığa ulaşır.
Buhar kabarcıkları neden kaynar suda oluşur?
Etrafında kabarcıkların görünmeye başladığı buharlaşma merkezleri küçük çatlaklar, yağlı lekeler ve katı parçacıklar - toz parçacıklarıdır. Küçük hacimli havayı hapsederler ve sıvı, kaynamaya başlayana kadar havayı hapseder. Su ayrıca çözünmüş gazlar içerir: oksijen, azot, karbon dioksit. Gaz molekülleri ile su molekülleri arasındaki bağlar zayıftır ve ısındığında hızla çöker. Çözünmüş gaz açığa çıktığında, su basıncı onu enerji açısından en verimli - küresel şekli almaya zorlar. Baloncuklar çıkıyor.
Gazın evriminden sonra, ısı sıvı moleküllerini ayırmaya başlar.Zaten oluşturulmuş kabarcıkların içine salınan buhar formları. Böylece kaynama işlemi başlar.
Kaynama sesinin nedenleri
Su ısıtıcısının alt kısmında ilk kaynama belirtileri görülebilir - en yüksek sıcaklık vardır, ilk kabarcıklar ortaya çıkar. Her biri gaz ve doymuş buhar içerir. Kabarcık küçükken yüzey gerilimi ile tutulur. Daha sonra, buharı oluşturan hızla hareket eden su molekülleri balonun içinde birikir ve büyümeye başlar. Ayrılma, Arşimet'in kuvvetinin, balonu itmesi, onu tutan gerilme kuvvetlerinden daha fazla olduğu anda gerçekleşir. Kabarcık serbest bırakılır ve yüzeye fırlar
Sökme sıvının titreşmesine neden olur. Bu titreşimler kaynama gürültüsünün ilk sebebidir.. Alınan sesin frekansını tahmin edebilirsiniz. Bir baloncuğun alttan kopması için geçen süre ile ters orantılıdır. Ancak zaman, ayrılmanın neden olduğu salınımın gücünü karakterize eder.
Hesaplamalar, ortalama ayırma süresinin yaklaşık 0.01 saniye olduğunu gösterdi, bu da ses frekansının yaklaşık 100 Hz olduğu anlamına geliyor. Bilim adamları, su ısıtıcısını kaynatırken gürültünün başka bir nedeni olduğunu anlamalarına izin veren bu verilerdi. Sonuçta, gerçek ses frekansı ölçüldü ve hesaplandığından daha büyük bir büyüklük sırası olduğu ortaya çıktı.
Gürültünün ikili doğasının keşfi, İskoç bilim adamı Joseph Black tarafından yapıldı. Bu 18. yüzyılda, Edinburgh Üniversitesi'ndeki çalışmaları sırasında oldu.
Su kaynarken ana gürültü kaynağı
Kaynatma işlemini ilk kez araştıran ve ek gürültünün kaynağını kuran Joseph Black'ti. Alttan çıkan tüm kabarcıkların ve duvarların yüzeye ulaşmadığını buldu. Ve kaynatma işleminin en başında, tek bir kabarcık yüzeye ulaşmaz - su sütununda kaybolurlar.
Bu fenomen o kadar ilgiliydi ki, baloncukların kaybolmasının nedenini bulmaya çalışırken birkaç uykusuz gece geçirdi. Araştırmalar doğru sonuca varılmasına yardımcı oldu. Cevap basitti - sıcaklık farkı. Hareketlerinin başlangıcında, kabarcıklar geminin en sıcak kısmındadır. Doymuş buhar basıncı, küresel şekillerini korumalarını sağlar.
Su kaynarken ses değişimi
Yukarı hareket ederken, kabarcıklar daha soğuk katmanlara düşer. Buhar yoğunlaşmaya başlar, içerideki basınç düşer. Bir noktada, artık şeklini tutamaz ve çöker. Kaynama sırasında kabarcıkların oluşumu, ayrılması ve çökmesi fenomenine "kavitasyon" denir. Çökme sırasında ses frekansının 1000 Hz değerine yakın olduğunu gösteren gerekli hesaplamalar yapıldı. Veriler deneysel olarak ölçülen parametrelere karşılık gelir. Sıvı ısındıkça, kabarcıklar çökmeyi durdurur ve gürültü seviyesi değişir. Ses frekansı belirgin şekilde azalır. Yakında, istisnasız, tüm kabarcıklar yüzeye ulaşır. Gürültü azalır, bir "gurgle" ortaya çıkar.
Kabarcıkların doğuşu, ayrılması, köpürmesi ve patlaması milyonlarca insanın her gün gördüğü fiziksel bir fenomendir. Ancak kaynama ilk başta göründüğünden daha zordur.İki süreç ayırt edilebilir: kabarcık ayrılması sırasında kavitasyon ve sıvı salınımı. Her ikisi de ayırt edici bir ses üretir, ancak birinin akustik etkisi diğerinden ayırt etmek kolaydır. Gürültü ile, su ısıtıcısındaki suyun ne zaman istenen sıcaklığa kadar ısındığını kolayca belirleyebilirsiniz.