Todos os dias, centenas de milhões de cozinhas em todo o mundo fervem água várias vezes ao dia. Alguém lembra imediatamente o currículo da escola e a palavra incomum "cavitação" aparece em sua memória.
"Algumas bolhas estouram - e, portanto, barulho", solicita o subconsciente. Mas poucas pessoas se lembram do curso exato do processo. Além disso, poucas pessoas sabem que o ruído é criado simultaneamente por dois fenômenos.
O que está fervendo?
O que está fervendo? Há uma definição clara: "A ebulição é a vaporização que ocorre simultaneamente em todo o volume de líquido". Para iniciar o processo, as seguintes condições devem ser atendidas:
- A presença de centros de vaporização;
- Entrada de calor constante;
O líquido atinge uma certa temperatura, chamada ponto de ebulição.
Por que as bolhas de vapor se formam em água fervente?
Os centros de vaporização, em torno dos quais as bolhas começam a aparecer, são pequenas rachaduras, manchas gordurosas e partículas sólidas - partículas de poeira. Eles prendem pequenos volumes de ar e o líquido retém o ar até que comece a ferver. A água também contém gases dissolvidos: oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono. As ligações entre as moléculas de gás e as moléculas de água são fracas e rapidamente colapsam com o aquecimento. Quando o gás dissolvido é liberado, a pressão da água o leva a assumir a forma esférica mais eficiente em termos energéticos. Acontece bolhas.
Após a evolução do gás, a alta temperatura começa a separar as moléculas líquidas.Formas de vapor, que são liberadas dentro de bolhas já formadas. Então o processo de ebulição começa.
Causas de ruído de ebulição
Os primeiros sinais de ebulição podem ser observados no fundo da chaleira - há a temperatura mais alta, é aí que as primeiras bolhas aparecem. Cada um deles contém gás e vapor saturado. Enquanto a bolha é pequena, ela é mantida pela tensão superficial. Então, as moléculas de água que se movem rapidamente que formam o vapor se acumulam dentro da bolha e começam a aumentar. O desapego ocorre no momento em que a força de Arquimedes, empurrando a bolha, se torna mais do que as forças de tração que a sustentam. A bolha é liberada e corre para a superfície
O desapego faz com que o fluido vibre. Essas vibrações são a primeira causa de ruído de ebulição.. Você pode estimar a frequência do som recebido. É inversamente proporcional ao tempo necessário para que uma bolha se solte do fundo. O tempo, no entanto, caracteriza a força da oscilação causada pela separação.
Os cálculos mostraram que o tempo médio de separação é da ordem de 0,01 segundos, o que significa que a frequência do som é de cerca de 100 Hz. Foram esses dados que permitiram aos cientistas entender que havia outra razão para o barulho quando a chaleira estava fervendo. Afinal, a frequência real do som foi medida e acabou sendo uma ordem de magnitude maior que o calculado.
A descoberta da natureza dupla do ruído foi feita pelo cientista escocês Joseph Black. Isso aconteceu no século XVIII, durante seu trabalho na Universidade de Edimburgo.
A principal fonte de ruído ao ferver água
Foi Joseph Black quem primeiro investigou o processo de ebulição e estabeleceu a fonte de ruído adicional. Ele descobriu que nem todas as bolhas saindo do fundo e as paredes atingem a superfície. E no início do processo de ebulição, nenhuma bolha atinge a superfície - elas desaparecem na coluna de água.
O fenômeno interessou tanto o cientista que ele passou várias noites sem dormir tentando encontrar a causa do desaparecimento das bolhas. A pesquisa ajudou a chegar à conclusão correta. A resposta foi simples - a diferença de temperatura. No início de seu movimento, as bolhas estão na parte mais quente do vaso. A pressão de vapor saturado permite que eles mantenham sua forma esférica.
Mudança de som ao ferver água
Ao subir, as bolhas caem nas camadas mais frias. O vapor começa a condensar, a pressão interna cai. Em algum momento, ele não consegue mais manter sua forma e entra em colapso. O fenômeno de formação, separação e colapso de bolhas durante a ebulição foi chamado de "cavitação". Os cálculos necessários foram realizados, o que mostrou que a frequência do som durante o colapso é próxima do valor de 1000 Hz. Os dados correspondem aos parâmetros medidos experimentalmente. À medida que o fluido esquenta, as bolhas param de colapsar e o nível de ruído muda. A frequência do som diminui acentuadamente. Logo, sem exceção, todas as bolhas chegam à superfície. O barulho diminui, um "gorgolejo" surge.
Nascimento, separação, ascensão e explosão de bolhas é um fenômeno físico que milhões de pessoas vêem todos os dias. Mas ferver é mais difícil do que parece à primeira vista.Dois processos podem ser distinguidos: cavitação e oscilação de fluido durante o desprendimento da bolha. Ambos produzem um som distinto, mas é fácil distinguir o efeito acústico de um. Pelo barulho, você pode determinar facilmente quando a água na chaleira aqueceu até a temperatura desejada.
