Setiap hari, ratusan juta masakan di seluruh dunia mendidihkan air beberapa kali sehari. Seseorang segera mengingat kurikulum sekolah dan kata "kavitasi" yang tidak biasa muncul di ingatannya.
"Beberapa gelembung meledak - dan karenanya berisik," kata alam bawah sadar itu dengan senang hati. Tetapi hanya sedikit orang yang ingat jalannya proses itu. Dan, lebih dari itu, sedikit orang yang tahu bahwa kebisingan diciptakan secara bersamaan oleh dua fenomena.
Apa itu mendidih?
Apa itu mendidih? Ada definisi yang jelas: "Mendidih adalah penguapan yang terjadi secara bersamaan di seluruh volume cairan." Untuk memulai proses, kondisi berikut harus dipenuhi:
- Kehadiran pusat penguapan;
- Input panas konstan;
Cairan mencapai suhu tertentu, yang disebut titik didih.
Mengapa gelembung uap terbentuk dalam air mendidih?
Pusat penguapan, di mana gelembung mulai muncul, adalah retakan kecil, bintik-bintik berminyak, dan partikel padat - partikel debu. Mereka memerangkap volume kecil udara, dan cairan itu menjebak udara hingga mulai mendidih. Air juga mengandung gas terlarut: oksigen, nitrogen, karbon dioksida. Ikatan antara molekul gas dan molekul air lemah dan cepat runtuh saat pemanasan. Ketika gas terlarut dilepaskan, tekanan air memaksanya untuk mengambil bentuk bola yang paling efisien energi. Ternyata gelembung.
Setelah evolusi gas, panas mulai memisahkan molekul-molekul cair.Bentuk uap, yang dilepaskan di dalam gelembung sudah terbentuk. Jadi proses perebusan dimulai.
Penyebab kebisingan mendidih
Tanda-tanda awal mendidih dapat diamati di bagian bawah ketel - ada suhu tertinggi, di situlah gelembung pertama muncul. Masing-masing mengandung gas dan uap jenuh. Meskipun gelembungnya kecil, ia dipegang oleh tegangan permukaan. Kemudian, molekul air yang bergerak cepat yang membentuk uap menumpuk di dalam gelembung dan mulai meningkat. Detasemen terjadi pada saat ketika kekuatan Archimedes yang mendorong gelembung menjadi lebih besar daripada kekuatan tegang yang memegangnya. Gelembung dilepaskan dan mengalir ke permukaan
Detasemen menyebabkan cairan bergetar. Getaran ini adalah penyebab pertama dari kebisingan yang mendidih.. Anda dapat memperkirakan frekuensi suara yang diterima. Ini berbanding terbalik dengan waktu yang dibutuhkan gelembung untuk melepaskan diri dari bawah. Namun, waktu mencirikan kekuatan osilasi yang disebabkan oleh pemisahan.
Perhitungan menunjukkan bahwa waktu pemisahan rata-rata sekitar 0,01 detik, yang berarti frekuensi suara sekitar 100 Hz. Data-data inilah yang memungkinkan para ilmuwan untuk memahami bahwa ada beberapa alasan lain untuk kebisingan ketika merebus ketel. Lagi pula, frekuensi suara yang sebenarnya diukur dan ternyata menjadi urutan besarnya lebih besar dari yang dihitung.
Penemuan sifat ganda kebisingan dibuat oleh ilmuwan Skotlandia Joseph Black. Ini terjadi pada abad ke-18, selama pekerjaannya di Universitas Edinburgh.
Sumber kebisingan utama saat merebus air
Adalah Joseph Black yang pertama kali menyelidiki proses pendidihan dan menetapkan sumber kebisingan tambahan. Dia menemukan bahwa tidak semua gelembung keluar dari bagian bawah dan dinding mencapai permukaan. Dan pada awal proses pendidihan, tidak ada satu gelembung pun yang mencapai permukaan - mereka menghilang ke dalam kolom air.
Fenomena itu begitu menarik perhatian ilmuwan sehingga ia menghabiskan beberapa malam tanpa tidur untuk mencari penyebab hilangnya gelembung-gelembung itu. Penelitian telah membantu membuat kesimpulan yang tepat. Jawabannya sederhana - perbedaan suhu. Pada awal gerakan mereka, gelembung berada di bagian terpanas kapal. Tekanan uap jenuh memungkinkan mereka untuk mempertahankan bentuk bola mereka.
Suara berubah saat air mendidih
Saat bergerak ke atas, gelembung jatuh ke lapisan yang lebih dingin. Uap mulai mengembun, tekanan di dalamnya turun. Pada titik tertentu, dia tidak bisa lagi menahan bentuk dan keruntuhannya. Fenomena pembentukan, pemisahan dan runtuhnya gelembung selama mendidih disebut "kavitasi". Perhitungan yang diperlukan dilakukan, yang menunjukkan bahwa frekuensi suara selama keruntuhan dekat dengan nilai 1000 Hz. Data sesuai dengan parameter yang diukur secara eksperimental. Saat cairan memanas, gelembung-gelembung berhenti runtuh dan tingkat kebisingan berubah. Frekuensi suara berkurang secara nyata. Segera, tanpa kecuali, semua gelembung mencapai permukaan. Suara mereda, "gurgle" muncul.
Kelahiran, perpisahan, pendakian, dan ledakan gelembung adalah fenomena fisik yang dilihat jutaan orang setiap hari. Tetapi mendidih lebih sulit daripada yang terlihat pada awalnya.Dua proses dapat dibedakan: kavitasi dan osilasi cairan selama pelepasan gelembung. Keduanya menghasilkan suara yang khas, tetapi efek akustik dari satu mudah dibedakan dari yang lain. Dengan suara bising, Anda dapat dengan mudah menentukan apakah air dalam ketel telah memanas hingga suhu yang diinginkan.
