Kiekvieną dieną šimtai milijonų viso pasaulio virtuvių verda vandenį kelis kartus per dieną. Kažkas tuoj pat prisimena mokyklos programą ir jo atmintyje pasirodo neįprastas žodis „kavitacija“.
„Kai kurie burbuliukai sprogo - taigi ir triukšmas“, - paskatina pasąmonė. Tačiau tik nedaugelis prisimena tikslią proceso eigą. Be to, nedaugelis žino, kad triukšmą vienu metu sukuria du reiškiniai.
Kas verda?
Kas verda? Yra aiškus apibrėžimas: "Virimas yra garinimas, kuris vyksta tuo pačiu metu visame skysčio tūryje". Norėdami pradėti procesą, turite įvykdyti šias sąlygas:
- Garinimo centrų buvimas;
- Pastovus šilumos įvedimas;
Skystis pasiekia tam tikrą temperatūrą, vadinamą virimo tašku.
Kodėl verdančiame vandenyje susidaro garų burbuliukai?
Garinimo centrai, aplink kuriuos pradeda atsirasti burbuliukai, yra maži įtrūkimai, riebios dėmės ir kietos dalelės - dulkių dalelės. Jie sulaiko nedidelius oro kiekius, o skystis sulaiko orą, kol jis pradeda virti. Vandenyje taip pat yra ištirpusių dujų: deguonies, azoto, anglies dioksido. Ryšiai tarp dujų ir vandens molekulių yra silpni ir greitai suyra kaitinant. Kai ištirpusios dujos išsiskiria, vandens slėgis verčia jį įgyti efektyviausią energiją - sferinę formą. Pasirodo, burbuliukai.
Po dujų išsiskyrimo šiluma pradeda atskirti skystas molekules.Garų formos, kurios išsiskiria jau susidariusių burbulų viduje. Taigi prasideda virimo procesas.
Virimo triukšmo priežastys
Pirmuosius virimo požymius galima pastebėti virdulio apačioje - ten yra aukščiausia temperatūra, būtent ten atsiranda pirmieji burbuliukai. Kiekviename iš jų yra dujų ir sočiųjų garų. Nors burbulas yra mažas, jį sulaiko paviršiaus įtempimas. Tada greitai judančios vandens molekulės, kurios sudaro garus, kaupiasi burbulo viduje ir jis pradeda augti. Atsiribojimas įvyksta tuo metu, kai Archimedo jėga, stumdama burbulą, tampa didesnė už jį sulaikančias tempimo jėgas. Burbulas išleidžiamas ir nubėga į paviršių
Atsiribojimas sukelia skysčio vibraciją. Šios vibracijos yra pirmoji virimo triukšmo priežastis.. Galite įvertinti gauto garso dažnį. Tai yra atvirkščiai proporcinga laikui, kurio reikia, kad burbulas atitrūktų nuo dugno. Tačiau laikas apibūdina svyravimo, kurį sukelia atsiskyrimas, stiprumą.
Skaičiavimai parodė, kad vidutinis atskyrimo laikas yra apie 0,01 sekundės, tai reiškia, kad garso dažnis yra apie 100 Hz. Būtent šie duomenys leido mokslininkams suprasti, kad verdant virdulį buvo dar kokia kita triukšmo priežastis. Galų gale buvo išmatuotas tikrasis garso dažnis ir paaiškėjo, kad jo amplitudė didesnė nei apskaičiuota.
Dvigubą triukšmo pobūdį atrado škotų mokslininkas Josephas Blackas. Tai atsitiko XVIII amžiuje, dirbant Edinburgo universitete.
Pagrindinis triukšmo šaltinis verdant vandenį
Tai buvo Josephas Blackas, kuris pirmasis ištyrė virimo procesą ir nustatė papildomo triukšmo šaltinį. Jis nustatė, kad ne visi burbuliukai, kylantys iš dugno ir sienų, pasiekia paviršių. Ir pačioje virimo proceso pradžioje ne vienas burbulas pasiekia paviršių - jie išnyksta į vandens koloną.
Šis reiškinys taip sudomino mokslininką, kad jis keletą nemigos naktų praleido bandydamas išsiaiškinti, kodėl dingo burbuliukai. Tyrimai padėjo padaryti teisingą išvadą. Atsakymas buvo paprastas - temperatūrų skirtumas. Jo judėjimo pradžioje burbuliukai yra karščiausioje laivo dalyje. Sočiųjų garų slėgis leidžia jiems išlaikyti sferinę formą.
Garso pokytis verdant vandenį
Judant aukštyn, burbuliukai patenka į šaltesnius sluoksnius. Garas pradeda kondensuotis, slėgis viduje krinta. Tam tikru momentu jis nebegali išlaikyti savo formos ir griūva. Burbulų susidarymo, atsiskyrimo ir žlugimo verdant reiškinys buvo vadinamas „kavitacija“. Buvo atlikti reikalingi skaičiavimai, kurie parodė, kad garso dažnis griūties metu yra artimas 1000 Hz vertei. Duomenys atitinka eksperimentiškai išmatuotus parametrus. Kai skystis įkaista, burbuliukai nustoja žlugti ir keičiasi triukšmo lygis. Garso dažnis labai sumažėja. Netrukus, be išimties, visi burbuliukai pasiekia paviršių. Triukšmas sumažėja, kyla „gurkšnis“.
Gimimas, atsiskyrimas, iškilimas ir burbulų susprogdinimas yra fizinis reiškinys, kurį kasdien mato milijonai žmonių. Tačiau virti yra sunkiau, nei atrodo iš pradžių.Galima išskirti du procesus: kavitaciją ir skysčio virpėjimą burbulo atsiskyrimo metu. Abu sukuria savitą garsą, tačiau vieno akustinį efektą nesunku atskirti nuo kito. Pagal triukšmą galite lengvai nustatyti, kada virdulyje esantis vanduo sušilo iki norimos temperatūros.
