Jeden Tag kochen Hunderte Millionen Küchen auf der ganzen Welt mehrmals täglich Wasser. Jemand erinnert sich sofort an den Lehrplan der Schule und das ungewöhnliche Wort „Kavitation“ taucht in seiner Erinnerung auf.
„Einige Blasen platzen - und daher Geräusche“, fordert das Unterbewusstsein hilfreich auf. Aber nur wenige Menschen erinnern sich an den genauen Verlauf des Prozesses. Darüber hinaus wissen nur wenige, dass Lärm gleichzeitig durch zwei Phänomene erzeugt wird.
Was kocht?
Was kocht? Es gibt eine klare Definition: "Kochen ist die Verdampfung, die gleichzeitig im gesamten Flüssigkeitsvolumen auftritt." Um den Prozess zu starten, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:
- Das Vorhandensein von Verdampfungszentren;
- Konstanter Wärmeeintrag;
Die Flüssigkeit erreicht eine bestimmte Temperatur, den Siedepunkt.
Warum bilden sich in kochendem Wasser Dampfblasen?
Die Verdampfungszentren, um die herum Blasen entstehen, sind kleine Risse, Fettflecken und feste Partikel - Staubpartikel. Sie fangen kleine Luftmengen ein und die Flüssigkeit fängt die Luft ein, bis sie zu kochen beginnt. Das Wasser enthält auch gelöste Gase: Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid. Die Bindungen zwischen Gasmolekülen und Wassermolekülen sind schwach und kollabieren beim Erhitzen schnell. Wenn das gelöste Gas freigesetzt wird, zwingt der Druck des Wassers es dazu, die energieeffizienteste Form anzunehmen - die Kugelform. Es stellt sich Blasen heraus.
Nach der Gasentwicklung beginnt die Wärme, die flüssigen Moleküle zu trennen.Es bildet sich Dampf, der in bereits gebildeten Blasen freigesetzt wird. So beginnt der Siedevorgang.
Ursachen für kochendes Geräusch
Die ersten Anzeichen von Kochen sind am Boden des Kessels zu beobachten - es gibt die höchste Temperatur, hier erscheinen die ersten Blasen. Jeder von ihnen enthält Gas und Sattdampf. Während die Blase klein ist, wird sie durch Oberflächenspannung gehalten. Dann sammeln sich die sich schnell bewegenden Wassermoleküle, die den Dampf bilden, in der Blase an und beginnen zuzunehmen. Die Ablösung erfolgt in dem Moment, in dem die Kraft von Archimedes, die die Blase drückt, größer wird als die Zugkräfte, die sie halten. Die Blase wird freigesetzt und rast an die Oberfläche
Durch das Ablösen vibriert die Flüssigkeit. Diese Vibrationen sind die erste Ursache für kochendes Geräusch.. Sie können die Frequenz des empfangenen Tons schätzen. Es ist umgekehrt proportional zu der Zeit, die eine Blase benötigt, um sich vom Boden zu lösen. Die Zeit kennzeichnet jedoch die Stärke der durch die Trennung verursachten Schwingung.
Die Berechnungen zeigten, dass die durchschnittliche Trennzeit etwa 0,01 Sekunden beträgt, was bedeutet, dass die Schallfrequenz etwa 100 Hz beträgt. Es waren diese Daten, die es den Wissenschaftlern ermöglichten zu verstehen, dass es einen anderen Grund für das Geräusch beim Kochen des Kessels gab. Immerhin wurde die reale Schallfrequenz gemessen und als eine Größenordnung größer als berechnet herausgestellt.
Die Entdeckung der dualen Natur des Lärms wurde vom schottischen Wissenschaftler Joseph Black gemacht. Dies geschah im 18. Jahrhundert während seiner Arbeit an der Universität von Edinburgh.
Die Hauptgeräuschquelle beim Kochen von Wasser
Es war Joseph Black, der zuerst den Prozess des Kochens untersuchte und die Quelle für zusätzlichen Lärm feststellte. Er stellte fest, dass nicht alle Blasen vom Boden und den Wänden an die Oberfläche gelangen. Und ganz am Anfang des Siedeprozesses erreicht keine einzige Blase die Oberfläche - sie verschwinden in der Wassersäule.
Das Phänomen interessierte den Wissenschaftler so sehr, dass er mehrere schlaflose Nächte damit verbrachte, die Ursache für das Verschwinden der Blasen zu finden. Die Forschung hat dazu beigetragen, die richtigen Schlussfolgerungen zu ziehen. Die Antwort war einfach - der Temperaturunterschied. Zu Beginn seiner Bewegung befinden sich die Blasen im heißesten Teil des Gefäßes. Der gesättigte Dampfdruck ermöglicht es ihnen, ihre Kugelform beizubehalten.
Klangveränderung beim Kochen von Wasser
Beim Aufsteigen fallen die Blasen in die kälteren Schichten. Der Dampf beginnt zu kondensieren, der Druck im Inneren fällt ab. Irgendwann kann er seine Form nicht mehr halten und bricht zusammen. Das Phänomen der Bildung, Trennung und des Zusammenbruchs von Blasen während des Kochens wurde als "Kavitation" bezeichnet.. Die notwendigen Berechnungen wurden durchgeführt, die zeigten, dass die Schallfrequenz während des Zusammenbruchs nahe am Wert von 1000 Hz liegt. Die Daten entsprechen experimentell gemessenen Parametern. Während sich die Flüssigkeit erwärmt, hören die Blasen auf zu kollabieren und der Geräuschpegel ändert sich. Die Schallfrequenz nimmt deutlich ab. Bald erreichen ausnahmslos alle Blasen die Oberfläche. Das Geräusch lässt nach, es entsteht ein "Gurgeln".
Geburt, Trennung, Blasenbildung und Platzen von Blasen ist ein physikalisches Phänomen, das Millionen von Menschen jeden Tag sehen. Aber das Kochen ist schwieriger als es zunächst scheint.Zwei Prozesse können unterschieden werden: Kavitation und Flüssigkeitsschwingung während der Blasenablösung. Beide erzeugen einen unverwechselbaren Klang, aber der akustische Effekt des einen ist leicht vom anderen zu unterscheiden. Anhand des Geräusches können Sie leicht feststellen, wann sich das Wasser im Wasserkocher auf die gewünschte Temperatur erwärmt hat.