6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему шумит электрический чайник

Почему шумит чайник, поставленный на огонь? Физика на кухне

Физика — наука великая и могучая. В последнем убеждать никого не надо. Фотографии, а пуще того, кинофильмы, которые были сняты в момент испытаний ядерного оружия, весьма убедительные. И весьма пугающие. Один мой приятель в таких случаях говорил: «Боишься — значит, уважаешь!»

Так что физику побаиваются и уважают. Уважали раньше, уважают и сейчас. Но, как говорилось в одном старом анекдоте, «не за это мы любим Петра Ильича Чайковского». Вот и в физику влюбляются не за то, что с ее помощью были приготовлены самые убийственные (и, как оказалось, самоубийственные тоже) виды оружия. В науку эту влюбляются потому, что она просто и ясно может ответить на самые разнообразные вопросы. В том числе и на вопросы «детские», один из которых сформулирован в заглавии.

К слову сказать, именно ответы на такие, незамысловатые с виду, вопросы отыскать, как правило, совсем не просто.

Итак, чайник, только поставленный на огонь, начинает громко шуметь. Кстати, с электрическим чайником происходит то же самое: шумит. Значит, не в том дело, что чайник поставлен на огонь. Дело в том, что вода в нем нагревается.

А вот после того, как вода, наконец, закипает, характерный шум прекращается. То есть шум имеет место быть, но изменяется характер этого шума. Мы слышим бурление воды, мы слышим, как свистит пар, вырывающийся из носика чайника. Эти шумы объяснить может и первоклассник. А вот что производит шум в самом начале нагрева воды? Ответим на этот первоклассный вопрос.

Вода — плохой проводник тепла, это известный факт из области законов физики. Вода в чайнике нагревается быстро только за счет перемешивания, или, по-научному говоря, конвекции. Поэтому в невесомости, без перемешивания, чайник бы нагревался очень долго. Фото: Depositphotos

Но когда нагревание только начинается, конвекция в чайнике еще не установилась. Поэтому слой воды, который находится рядом с нагревающей поверхностью (то ли у днища чайника, то ли около нагревательного элемента), очень быстро нагреется до температуры кипения. А те слои воды, которые располагаются от нагревателя подальше, все еще будут достаточно холодными. Вследствие этого в придонном слое, уже нагревшемся до кипения, образуются пузырьки пара.

Пузырьки эти легче воды, они отрываются от дна и поднимаются в верхние слои, гораздо более холодные. В холодном слое пар, находящийся в пузырьке, охлаждается, и происходит его конденсация, он обратно превращается в воду. Внутри пузырька образуется вакуум. Под давлением окружающей жидкости пузырек «схлопывается». При схлопывании пузырька производится характерный звук.

Множество хлопков «умирающих» пузырьков и производит тот самый шум, который мы слышим в начале закипания чайника.

Схлопывание пузырьков воздуха в жидкости называется кавитацией.

Кавитация встречается не только при нагревании воды в чайнике. Пузырьки образуются также на поверхностях, быстро движущихся в жидком потоке. При определенном значении скорости вязкой жидкости в ней образуются пустоты. А если в жидкости растворен воздух, то этот воздух испарится внутрь образовавшейся пустоты.

Так вокруг вращающегося в воде винта корабля образуется шлейф из воздушных пузырьков. Эти пузырьки либо отрываются от шлейфа и всплывают, либо лопаются, когда винт настигает их. Причем схлопывание этих пузырьков происходит на поверхности винта и приводит не только к характерному звуку (который хорошо прослушивается с помощью эхолотов), но и наносит по поверхности довольно сильный удар.

Серия этих ударов приводит к разрушению поверхности винта. Первоначально гладкая поверхность становится «изъеденной» и требует ремонта. На правильно рассчитанной поверхности винта пузырьков образуется меньше. В результате гребной винт меньше разрушается и меньше шумит. Материал, из которого изготовлен гребной винт корабля и его форма (а еще лучше, алгоритм расчета этой формы) — это то, над чем настойчиво работают кораблестроители, и одновременно то, за чем охотятся промышленные и военные шпионы. Следы кавитации на гребном винте
Фото: Источник

Кавитация не только вредна, но и приносит пользу. Она используется, например, для очистки поверхностей. Источник ультразвука погружают в жидкость, в результате чего на очищаемой поверхности массово образуются и лопаются пузырьки. Серия микровзрывов — и поверхность идеально чиста.
Кавитация находит применение в медицине. Жира растоворение без всякого мучения
Фото: Источник

Человеческое тело не менее чем на 70% состоит из воды. Значит, кавитация возможна и здесь. Если правильно настроить источник ультразвука, то кавитационный эффект можно сфокусировать на человеческих органах и, например, разрушить камни в различных органах без сложных операций. Или производить растворение жира. Эффективное похудение — мечта многих женщин.

Однако мы далеко в сторону ушли от закипающего чайника. Увлекательная наука физика, но давайте не слишком увлекаться.

Движение пузырьков с паром от дна чайника к поверхности воды инициирует конвекцию. В чайнике начинается перемещение вверх горячей, а значит, более легкой, воды. Соответственно, вода холодная опускается вниз, для нагревания. Начинается круговорот воды. Благодаря ему происходит интенсивное перемешивание, и вода очень быстро нагревается.

Всего за несколько минут все содержимое чайника достигает температуры кипения. Пузырьки пара по-прежнему всплывают на поверхность, но уже не схлопываются там, а просто лопаются. При этом «мелодия» чайника становится совсем другой. Все слышат, что он кипит. Значит, урок прикладной физики закончен, пора идти пить чай.

ТОП 5 тихих электрочайников

Процесс закипания воды всегда сопровождается шумом. Однако в одних чайниках он проходить тише, чем в других громче. Это может зависеть от многих факторов. А именно: от типа нагревательного элемента, материала из которого сделан корпус, от формы, от качества сборки прибора, от толщины дна, от мощности чайника и возможно еще от каких-либо особенностей той или иной модели. Замечено, что пластик немного (совсем чуть-чуть), но все-таки глушит звук, а металл нет; плоский нагреватель (не путать со скрытым) больше способствует тихой работе прибора, чем округлый, а мощный прибор быстрей нагреет воду, но при этом сильней шумит, чем маломощный. Однако не факт, что покупая чайник даже с учетом всех этих факторов, он окажется бесшумным.

Совершенно бесшумных чайников пока нет в наших магазинах. А найти не очень шумную модель помогут советы тех, кто уже пользуются той или иной моделью. Информация, которой делятся любители домашних чаепитий – всегда правдива (в отличие от рекламы в магазине). Ознакомившись с оставленными отзывами пользователей, я определила пять самых «тихих» электрочайников. Вот они:

Braun WK 300(2011)

Модель отличается не только тихой работой и еще целым рядом положительных характеристик. Прибор имеет мощность 2200 Вт, пластиковый корпус, закрытую спираль. Довольно большой объем воды (1,7л.) закипает всего за пять минут. Надежное европейское качество, красивый дизайн, удобная ручка. Модель оснащена многоступенчатой системой безопасности.

  1. при закипании воды;
  2. при открытой крышке;
  3. при отсутствии воды;
  4. при снятии чайника с подставки.

Чайник оборудован фильтром от накипи, который легко можно извлечь и помыть.

Читать еще:  Стул конек горбунок своими руками чертежи

Philips HD 4646 – самая продаваемая модель этой марки. Многие пользователи советуют купить, так как считают, что за совсем небольшие деньги вы приобретете идеальный фирменный чайник. Надежный, простой, объемный (1,5 л.), мощный (2400 Вт), быстро кипятит и без лишнего шума.

Scarlett SC-021 – этот маленький изящный чайник (всего на пол литра воды) и небольшой мощности (всего 600 Вт) совершенно не будет раздражать вас шумом. Его можно использовать и стационарно, и как дорожный вариант. В комплекте прилагаются две дорожные чашечки. Легкая по весу модель сделана из качественного пластика, имеет закрытую спираль, очень удобна в использовании.

Redmond RK-M132 –для данной модели характерно: объем 1,6 л, мощность 2200 Вт, закрытый нагреватель (диск), съемный фильтр от накипи. Корпус чайника изготовлен из высококачественной нержавеющей стали с декоративным эмалевым покрытием. Яркая подсветка шкалы уровня воды дополняет оригинальный дизайн. Отличная модель для настоящих эстетов и уровень шума не будет никого смущать.

Redmond RK-M112 – еще одна модель нешумного миниатюрного, но вполне достойного электрочайника. Объем 0,600 л, мощность 700 Вт, закрытая спираль (диск), комбинированный корпус выполнен из металла и пластика. Один из тех экземпляров, с которым можно путешествовать.

Единственный прибор, который может закипятить воду практически бесшумно – это термопот. По сравнению с электрочайником термопот значительно дольше доводит воду до кипения. А при очень медленном процессе закипания и шума будет поменьше. К тому же и термоизоляция (двойные стенки), свойственная термопотам, отлично поглощает звук. Но проблема в том, что многим нужен именно электрочайник, а не термопот с его медленным кипячением и последующим режимом поддержания температуры.

Бесшумные электрические чайники

Шум закипающего чайника – привычное явление. Однако некоторых людей бурление, шипение и щелчки раздражают. В таких случаях стоит купить бесшумную модель. Нельзя сказать, что такой электрочайник вообще не издает звуков, но они еле слышны.

Бесшумные чайники весьма популярны и продаются во всех крупных магазинах бытовой техники. Перед покупкой стоит изучить модели, чтобы не попасть на подделку, иначе со временем прибор перестанет отвечать главному критерию – отсутствию шума.

Почему обычные чайники работают так шумно

Вода в чайнике закипает благодаря специальному нагревательному элементу. Он находится в нижней части прибора и нагревает воду послойно. Когда нижние слои начинают кипеть, они образуют пузырьки. Поднимающиеся наверх пузырьки сталкиваются с холодной водой, возникает основная причина шума закипающего чайника – бурление.

Важно! Если чайник шумит не только во время закипания, но и когда его только включили, значит, на нагревателе скопилась накипь. Такой прибор требует тщательной очистки, а иногда и полной замены.

Уровень шума разных моделей электрочайников отличается. Все зависит от характеристик прибора.

Факторы, которые влияют на уровень шума:

  • материал корпуса;
  • тип нагревательного элемента;
  • форма прибора;
  • качество сборки;
  • мощность;
  • толщина дна.

Закипающий чайник, издающий треск, может быть неисправным. Другая причина — накипь.

Совет! Для очистки накипи в домашних условиях используется лимонная кислота. Чайник наполняют водой, добавляют пакетик лимонной кислоты и оставляют на несколько часов. Затем жидкость выливают, промывают прибор, заполняют чистой водой, кипятят, снова выливают и ополаскивают.

Преимущества бесшумных электрических чайников

Основное преимущество тихого электрического чайника в том, что вода в нем закипает практически без звука. Шум прибора не будет отвлекать от дел, раздражать, мешать чуткому сну детей и пожилых людей.

Бесшумные модели относятся к категории средних и дорогих электрических чайников. Обладают они и другими полезными характеристиками.

Основные преимущества бесшумного электрочайника перед обычным:

  • отсутствие звуков при нагревании воды;
  • высокая скорость закипания, что позволяет экономить время и электроэнергию.

Некоторые модели электрочайников имеют дополнительные функции. Они подогревают воду до определенной температуры, оснащены подсветкой, отсрочкой старта, интенсивным кипячением, позволяющим вывести из воды весь хлор.

Как выбрать бесшумный электрический чайник

Чтобы подобрать тихий электрочайник, стоит изучить продукцию проверенных производителей с безупречной репутацией. На основе отзывов покупателей составляются рейтинги качественных приборов, которые также помогут в выборе.

Рейтинг лучших моделей

Модели бесшумных чайников, получившие больше всего положительных отзывов от покупателей:

  1. Braun WK300 – тихо работающая модель объемом 1,7 л и мощностью 2200 Вт. Воду кипятит не дольше 5 минут. К недостаткам можно отнести большое потребление электроэнергии.
  2. Philips HD4646 – бесшумный прибор объемом 1,5 л и мощностью 2400 Вт. Имеет доступную стоимость, прост в применении и надежен. Оснащен съемным нейлоновым фильтром.
  3. Vitek VT-1180 – модель с керамическим нагревательным элементом. Емкость 1,7 л, мощность 2200 Вт. Корпус выполнен из светло-синего стекла. Оснащен функцией поддержания температуры, подсветкой, индикатором уровня жидкости и системой защиты от включения без воды.
  4. Viconte VC3230 – керамический электрочайник, вмещающий 1,2 л воды. Мощность 1800 Вт. К подставке прикреплена панель для управления. Имеет три температурных режима и дисплей.
  5. Bork K 711 – модели серии отличаются строгим дизайном. Объем 1,7 л, мощность 2400 Вт. Корпус, фильтр и нагревательный прибор металлические. Материал ручки прорезинен. К недостаткам можно отнести относительно высокую стоимость.
  6. Scarlett SC-021 – миниатюрная бесшумная модель объемом 500 мл и мощностью 600 Вт. Его чаще всего приобретают, чтобы брать в путешествия. Корпус прибора пластиковый, поэтому он не только мобилен, но и легок. В комплекте идут две чашки.
  7. Redmond RK-M132 – прибор популярен благодаря низкой стоимости. По бесшумности он уступает перечисленным выше моделям. В таком чайнике можно вскипятить 1,6 литра. Его мощность 2200 Вт. Корпус выполнен из нержавеющей стали.

Важно! Нередко производители приписывают своим изделиям несуществующие или завышенные характеристики. На деле выходит, что приобретенный чайник — далеко не бесшумный. Поэтому важно руководствоваться не рекламой, а реальными отзывами людей, которые уже проверили товар.

Лучшие производители

По отзывам покупателей о качественных бесшумных чайниках можно легко определить производителей, чья продукция отвечает всем требованиям.

Самые популярные производители тихих приборов:

Совет! Есть люди, которые привыкают к технике одного производителя. И если им, к примеру, нравится мультиварка от Redmond, то они считают, что и чайник нужно брать только этой марки. Это не совсем правильный подход. Лучше рассмотреть приборы разных компаний и остановить выбор на наиболее понравившейся модели.

Советы профессионалов по выбору

Выбирая электрический чайник, детально изучите его характеристики.

Несколько советов по выбору электрочайника:

  • удобны и безопасны чайники с функцией защиты от включения без воды и перегрева;
  • для семьи из трех человек оптимальный объем 1,7–2 л;
  • приборы с нагревательными элементами закрытого типа исключают травматизм;
  • чем прочнее корпус, тем меньше он нагревается;
  • электрочайник из керамики дольше сохраняет тепло, но больше весит;
  • приборы из стекла требуют тщательного ухода;
  • меньше служат чайники с открытой спиралью.

Совет! Далеко не в каждом магазине покупателю предлагают налить в чайник воду и вскипятить ее, слушая при этом, насколько прибор бесшумен. Но если такая услуга предусмотрена, не стоит от нее отказываться.

Советы по правильной эксплуатации

Любым электрическим прибором, включая чайники, следует правильно пользоваться. Так вы обезопасите себя от несчастных случаев и продлите время его службы.

Читать еще:  Дом из сип панелей чертежи

Советы по правильному использованию электрических чайников:

  1. Включайте электрочайник в отдельную розетку, предназначенную для него одного.
  2. Ставьте прибор вертикально на устойчивой поверхности.
  3. Чтобы избежать ожогов, прикасайтесь только к кнопке включения и ручке прибора.
  4. Располагайте электрочайник так, чтобы до предметов сверху оставалось не менее 50 см пространства.
  5. Ставьте прибор в местах, куда нет доступа детям.
  6. Следите за тем, чтобы шнур прибора не свисал со стола или гарнитура.
  7. Лучше хранить чайник отключенным от электросети. Перепады напряжения могут вывести его из строя.
  8. Ни в коем случае не накрывайте закипающий электрочайник полотенцем.
  9. Используйте прибор на сухих поверхностях.
  10. Полностью вставляйте вилку в розетку, чтобы она не перегревалась.
  11. Перед тем как заняться очисткой прибора, отключите его от сети.
  12. Не тяните за сетевой шнур, аккуратно вынимайте вилку из розетки.

Заключение

Тихие электрочайники исключают неприятные моменты, связанные с шумом бурлящей воды. Помимо бесшумности, большинство таких моделей оснащено другими полезными функциями, повышающими удобство и безопасность использования.

При выборе бесшумного электрочайника обращайте внимание на модели, пользующиеся популярностью у покупателей. Обязательно изучите все характеристики прибора перед покупкой.

Почему чайник шумит перед закипанием?

Ежедневно на сотнях миллионов кухонь по всему миру несколько раз в сутки кипит вода. И каждый человек хоть раз в жизни задавался вопросом: «почему перед закипанием возникает шум?». Кто-то сразу вспоминает школьную программу и в памяти всплывает необычное слово «кавитация».

«Какие-то пузырьки лопаются – поэтому и шум», – услужливо подсказывает подсознание. Но точный ход процесса мало кто помнит. И, тем более, мало кто знает, что шум создают одновременно два явления.

Что такое кипение?

Что такое кипение? Есть четкое определение: «Кипение – парообразование, которое происходит одновременно во всем объеме жидкости». Для запуска процесса обязательно соблюдение следующих условий:

  1. Наличие центров парообразования;
  2. Постоянный подвод тепла;

Достижение жидкостью определенной температуры, называемой температурой кипения.

Почему в кипящей воде образуются пузырьки пара?

Центры парообразования, вокруг которых начинают появляться пузырьки – это мелкие трещинки, жирные пятна, твёрдые частицы – пылинки. Они задерживают небольшие объемы воздуха, а жидкость запирает воздух до начала кипения. Также в воде содержатся растворенные газы: кислород, азот, углекислый газ. Связи между молекулами газа и молекулами воды слабые и при нагревании быстро рушатся. Когда растворенный газ высвобождается, то давление воды заставляет его принять наиболее энергоэффективную – сферическую форму. Получаются пузырьки.

После выделения газа, высокая температура приступает к разделению молекул жидкости. Образовывается пар, который выделяется внутрь уже сформированных пузырьков. Так начинается процесс кипения.

Причины шума при закипании

Первые признаки кипения можно наблюдать у дна чайника – там наибольшая температура, именно там появляются первые пузырьки. Каждый из них содержит газ и насыщенный пар. Пока пузырек маленький, он удерживается силами поверхностного натяжения. Затем быстро движущиеся молекулы воды, которые образуют пар, накапливаются внутри пузырька и он начинает увеличиваться. Отрыв происходит в тот момент, когда сила Архимеда, выталкивающая пузырек, становится больше сил натяжения, удерживающих его. Пузырек освобождается и устремляется к поверхности

Отрыв вызывает колебания жидкости. Именно эти колебания являются первой причиной шума при кипении. Можно оценить частоту получаемого звука. Она обратно пропорциональна времени, которое требуется пузырьку, чтобы оторваться от дна. Время же характеризует силу колебания, вызываемого отрывом.

Расчёты показали, что среднее время отрыва порядка 0,01 секунды, а значит частота звука около 100 Гц. Именно эти данные позволили ученым понять, что существует какая-то ещё причина шума при кипении чайника. Ведь реальная частота звука была измерена и оказалась на порядок больше рассчитанной.

Открытие двойственной природы шума было сделано шотландским ученым Джозефом Блэком. Это произошло в 18 веке, во время его работы в университете Эдинбурга.

Основной источник шума при закипании воды

Именно Джозеф Блэк первым исследовал процесс кипения и установил источник дополнительного шума. Он обнаружил, что не все пузырьки отрываясь от дна и стенок достигают поверхности. А в самом начале процесса закипания ни один пузырек не достигает поверхности – они пропадают в толще воды.

Явление так заинтересовало ученого, что он провел несколько бессонных ночей, пытаясь обнаружить причину исчезновения пузырьков. Исследования помогли сделать правильный вывод. Ответ оказался прост – разница температур. В начале своего движения пузырьки находятся в самой горячей части сосуда. Давление насыщенных паров позволяет им сохранять сферическую форму.

Изменение звука при кипячении воды

При движении вверх, пузырьки попадают в более холодные слои. Пар начинает конденсироваться, давление внутри падает. В какой-то момент он больше не может удерживать форму и схлопывается. Явление образования, отрыва и схлопывания пузырьков во время кипения назвали «кавитация». Были проведены необходимые расчёты, которые показали – частота звука при схлопывании близка к значению 1000 Гц. Данные соответствуют экспериментально измеренным параметрам. По мере нагрева жидкости, пузырьки перестают схлопываться и уровень шума меняется. Частота звука заметно понижается. Вскоре, уже все без исключения пузырьки достигают поверхности. Шум стихает, возникает «бульканье».

Рождение, отрыв, всплытие и лопанье пузырьков – физическое явление, которое каждый день видят миллионы людей. Но кипение сложнее, чем кажется поначалу. Можно выделить два процесса: кавитацию и колебание жидкости во время отрыва пузырька. Характерный звук вызывают оба, но акустический эффект одного легко отличить от другого. По шуму можно без труда определить, когда вода в чайнике нагрелась до нужной температуры.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Привет

Русскоязычный информационно-болтологический форум

тайна электро-чайника

Moderator: Komissar

тайна электро-чайника

Post by goldenstate » Tue Dec 10, 2013 4:51 pm

Не уверен правильный ли это раздел. Может быть надо было в науку или даже в мистику.

Знаете когда вода в чайнике закипает, то она начинает шуметь: сначало тихо, потом громче и громче пока наконец не затихает перед кипением. У моего чайнико было все то же самое несколько лет, но.. в один прекрасный день он перестал шуметь вообще, а сразу вдруг закипает (после тишины сразу становится слышно как кипит, пузырьки булькают).

Чайник стоит на том же месте. Наливаю в него воду из того же faucet.

Какие у кого идеи?

Re: тайна электро-чайника

Post by SVK » Tue Dec 10, 2013 5:04 pm

Re: тайна электро-чайника

Post by goldenstate » Tue Dec 10, 2013 5:28 pm

Re: тайна электро-чайника

Post by thinker » Tue Dec 10, 2013 6:28 pm

Re: тайна электро-чайника

Post by dotcom » Wed Dec 11, 2013 12:29 am

Re: тайна электро-чайника

Post by goldenstate » Wed Dec 11, 2013 1:33 am

Читать еще:  Он поместил резинку на поврежденный шуруп

Re: тайна электро-чайника

Post by goldenstate » Wed Dec 11, 2013 1:39 am

Re: тайна электро-чайника

Post by thinker » Wed Dec 11, 2013 4:49 am

Re: тайна электро-чайника

Post by Flash-04 » Wed Dec 11, 2013 9:01 am

стандартное обьяснение громкого шума чайника ещё до того как чайник закипит такое: непосредственно над нагревателем вода закипает, образуются маленькие пузырки, они начинают подниматься вверх, попадают в более холодный слой воды и схлопываются. Этот процесс довольно шумный. Я его каждый день наблюдаю на своем Bosch. Но я использую очищенную воду (не из под крана, и не «spring») и накипь вообще не образуется.

У вас что-то изменилось, или действительно что-то с нагревателем (он случайно не стал дольше кипятить?), или с составом воды (к примеру «свежая» и уже кипяченная вода шумят в чайнике по разному).

Re: тайна электро-чайника

Post by goldenstate » Wed Dec 11, 2013 5:08 pm

Flash-04 wrote: стандартное обьяснение громкого шума чайника ещё до того как чайник закипит такое: непосредственно над нагревателем вода закипает, образуются маленькие пузырки, они начинают подниматься вверх, попадают в более холодный слой воды и схлопываются. Этот процесс довольно шумный. Я его каждый день наблюдаю на своем Bosch. Но я использую очищенную воду (не из под крана, и не «spring») и накипь вообще не образуется.

У вас что-то изменилось, или действительно что-то с нагревателем (он случайно не стал дольше кипятить?), или с составом воды (к примеру «свежая» и уже кипяченная вода шумят в чайнике по разному).

Нагреватель вмонтирован под днищем, его не видно. Я постучал по чайнику — ничего внутри не дребезжит (думал может нагрeвательный элемент got loose). Если изменился состав воды, то на образование, поднятие и схлопывание пузырьков он не должен оказать влияния (это должно быть слишком серьезное изменение состава воды).

У меня остается гипотеза о том что рыхлое отложение на дне и стенках каким-то образом стало влиять на возникновение мелких пузырьков: возможно пузырьки стали образовываться больше по размеру но меньше по числу, что отразилось на умешенном шуме при их схлопывании. Я постараюсь не забыть и почистить чайник от накипи и вскипятить воду после этого. Этот эксперимент подтвердит нашу (все участники участвовали) гипотезу.

И одна еще деталь — примерно в то же время когда чайник затих, на соседней улице велись работы с магистральным трубопроводом. Может это и не связано, но вполне возможно что связано.

Почему чайник шумит перед закипанием?

Ежедневно на сотнях миллионов кухонь по всему миру несколько раз в сутки кипит вода. И каждый человек хоть раз в жизни задавался вопросом: «почему перед закипанием возникает шум?». Кто-то сразу вспоминает школьную программу и в памяти всплывает необычное слово «кавитация».

«Какие-то пузырьки лопаются – поэтому и шум», – услужливо подсказывает подсознание. Но точный ход процесса мало кто помнит. И, тем более, мало кто знает, что шум создают одновременно два явления.

Что такое кипение?

Что такое кипение? Есть четкое определение: «Кипение – парообразование, которое происходит одновременно во всем объеме жидкости». Для запуска процесса обязательно соблюдение следующих условий:

  1. Наличие центров парообразования;
  2. Постоянный подвод тепла;

Достижение жидкостью определенной температуры, называемой температурой кипения.

Почему в кипящей воде образуются пузырьки пара?

Центры парообразования, вокруг которых начинают появляться пузырьки – это мелкие трещинки, жирные пятна, твёрдые частицы – пылинки. Они задерживают небольшие объемы воздуха, а жидкость запирает воздух до начала кипения. Также в воде содержатся растворенные газы: кислород, азот, углекислый газ. Связи между молекулами газа и молекулами воды слабые и при нагревании быстро рушатся. Когда растворенный газ высвобождается, то давление воды заставляет его принять наиболее энергоэффективную – сферическую форму. Получаются пузырьки.

После выделения газа, высокая температура приступает к разделению молекул жидкости. Образовывается пар, который выделяется внутрь уже сформированных пузырьков. Так начинается процесс кипения.

Причины шума при закипании

Первые признаки кипения можно наблюдать у дна чайника – там наибольшая температура, именно там появляются первые пузырьки. Каждый из них содержит газ и насыщенный пар. Пока пузырек маленький, он удерживается силами поверхностного натяжения. Затем быстро движущиеся молекулы воды, которые образуют пар, накапливаются внутри пузырька и он начинает увеличиваться. Отрыв происходит в тот момент, когда сила Архимеда, выталкивающая пузырек, становится больше сил натяжения, удерживающих его. Пузырек освобождается и устремляется к поверхности

Отрыв вызывает колебания жидкости. Именно эти колебания являются первой причиной шума при кипении. Можно оценить частоту получаемого звука. Она обратно пропорциональна времени, которое требуется пузырьку, чтобы оторваться от дна. Время же характеризует силу колебания, вызываемого отрывом.

Расчёты показали, что среднее время отрыва порядка 0,01 секунды, а значит частота звука около 100 Гц. Именно эти данные позволили ученым понять, что существует какая-то ещё причина шума при кипении чайника. Ведь реальная частота звука была измерена и оказалась на порядок больше рассчитанной.

Открытие двойственной природы шума было сделано шотландским ученым Джозефом Блэком. Это произошло в 18 веке, во время его работы в университете Эдинбурга.

Основной источник шума при закипании воды

Именно Джозеф Блэк первым исследовал процесс кипения и установил источник дополнительного шума. Он обнаружил, что не все пузырьки отрываясь от дна и стенок достигают поверхности. А в самом начале процесса закипания ни один пузырек не достигает поверхности – они пропадают в толще воды.

Явление так заинтересовало ученого, что он провел несколько бессонных ночей, пытаясь обнаружить причину исчезновения пузырьков. Исследования помогли сделать правильный вывод. Ответ оказался прост – разница температур. В начале своего движения пузырьки находятся в самой горячей части сосуда. Давление насыщенных паров позволяет им сохранять сферическую форму.

Изменение звука при кипячении воды

При движении вверх, пузырьки попадают в более холодные слои. Пар начинает конденсироваться, давление внутри падает. В какой-то момент он больше не может удерживать форму и схлопывается. Явление образования, отрыва и схлопывания пузырьков во время кипения назвали «кавитация». Были проведены необходимые расчёты, которые показали – частота звука при схлопывании близка к значению 1000 Гц. Данные соответствуют экспериментально измеренным параметрам. По мере нагрева жидкости, пузырьки перестают схлопываться и уровень шума меняется. Частота звука заметно понижается. Вскоре, уже все без исключения пузырьки достигают поверхности. Шум стихает, возникает «бульканье».

Рождение, отрыв, всплытие и лопанье пузырьков – физическое явление, которое каждый день видят миллионы людей. Но кипение сложнее, чем кажется поначалу. Можно выделить два процесса: кавитацию и колебание жидкости во время отрыва пузырька. Характерный звук вызывают оба, но акустический эффект одного легко отличить от другого. По шуму можно без труда определить, когда вода в чайнике нагрелась до нужной температуры.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector