Elke dag koken honderden miljoenen keukens over de hele wereld meerdere keren per dag water. Iemand herinnert zich onmiddellijk het leerplan van de school en het ongebruikelijke woord 'cavitatie' duikt op in zijn geheugen.
'Sommige bellen barsten - en dus geluid', vraagt het onderbewustzijn behulpzaam. Maar weinig mensen herinneren zich het exacte verloop van het proces. En bovendien weten maar weinig mensen dat geluid tegelijkertijd wordt veroorzaakt door twee fenomenen.
Wat kookt?
Wat kookt? Er is een duidelijke definitie: "Koken is de verdamping die gelijktijdig plaatsvindt in het gehele vloeistofvolume." Om het proces te starten, moet aan de volgende voorwaarden worden voldaan:
- De aanwezigheid van verdampingscentra;
- Constante warmte-inbreng;
De vloeistof bereikt een bepaalde temperatuur, het kookpunt genoemd.
Waarom ontstaan er stoombellen in kokend water?
De verdampingscentra, waarrond bellen beginnen te verschijnen, zijn kleine scheurtjes, vettige plekken en vaste deeltjes - stofdeeltjes. Ze vangen kleine hoeveelheden lucht op en de vloeistof houdt de lucht vast totdat deze begint te koken. Het water bevat ook opgeloste gassen: zuurstof, stikstof, kooldioxide. De bindingen tussen gasmoleculen en watermoleculen zijn zwak en bezwijken snel bij verhitting. Wanneer het opgeloste gas vrijkomt, dwingt de waterdruk het om de meest energiezuinige - sferische vorm aan te nemen. Het blijken bubbels te zijn.
Na de gasontwikkeling begint hoge temperatuur vloeibare moleculen te scheiden.Er vormt zich stoom, die vrijkomt in reeds gevormde bellen. Dus het kookproces begint.
Oorzaken van kokend geluid
De eerste tekenen van koken zijn te zien aan de onderkant van de waterkoker - daar is de hoogste temperatuur, daar verschijnen de eerste bubbels. Elk van hen bevat gas en verzadigde stoom. Hoewel de bel klein is, wordt deze vastgehouden door oppervlaktespanning. Vervolgens hopen de snel bewegende watermoleculen die de damp vormen zich op in de bel en deze begint te toenemen. Onthechting vindt plaats op het moment dat de kracht van Archimedes, die op de bel drukt, meer wordt dan de trekkrachten die hem vasthouden. De bel komt los en snelt naar de oppervlakte
Onthechting zorgt ervoor dat vloeistof trilt. Deze trillingen zijn de eerste oorzaak van kokend geluid.. U kunt de frequentie van het ontvangen geluid schatten. Het is omgekeerd evenredig met de tijd die een bubbel nodig heeft om van de bodem af te breken. Tijd kenmerkt echter de sterkte van de oscillatie die wordt veroorzaakt door scheiding.
Uit berekeningen bleek dat de gemiddelde scheidingstijd in de orde van 0,01 seconden ligt, wat betekent dat de geluidsfrequentie ongeveer 100 Hz is. Het waren deze gegevens die wetenschappers in staat stelden te begrijpen dat er een andere reden was voor het geluid wanneer de ketel kookte. De werkelijke geluidsfrequentie werd immers gemeten en bleek een orde van grootte groter dan berekend.
De ontdekking van het dubbele karakter van ruis werd gedaan door de Schotse wetenschapper Joseph Black. Dit gebeurde in de 18e eeuw, tijdens zijn werk aan de Universiteit van Edinburgh.
De belangrijkste bron van geluid bij het koken van water
Het was Joseph Black die voor het eerst het kookproces onderzocht en de bron van extra geluid ontdekte. Hij ontdekte dat niet alle bellen die van de bodem en de muren komen het oppervlak bereiken. En helemaal aan het begin van het kookproces bereikt geen enkele bel de oppervlakte - ze verdwijnen in de waterkolom.
Het fenomeen was zo interessant voor de wetenschapper dat hij verschillende slapeloze nachten doorbracht om de oorzaak van het verdwijnen van de bellen te vinden. Onderzoek heeft geholpen om de juiste conclusie te trekken. Het antwoord was simpel: het temperatuurverschil. Aan het begin van de beweging bevinden de bellen zich in het heetste deel van het vat. Door de verzadigde dampdruk kunnen ze hun bolvorm behouden.
Geluid verandert bij het koken van water
Bij het omhoog bewegen vallen de bubbels in de koudere lagen. De stoom begint te condenseren, de druk binnenin daalt. Op een gegeven moment kan hij zijn vorm niet meer vasthouden en zakt in elkaar. Het fenomeen van vorming, scheiding en ineenstorting van bellen tijdens het koken werd "cavitatie" genoemd. De nodige berekeningen zijn uitgevoerd, waaruit bleek dat de frequentie van geluid bij het instorten dicht bij de waarde van 1000 Hz ligt. Gegevens komen overeen met experimenteel gemeten parameters. Terwijl de vloeistof opwarmt, stoppen de bellen met instorten en verandert het geluidsniveau. De frequentie van geluid neemt aanzienlijk af. Al snel bereiken alle bubbels zonder uitzondering de oppervlakte. Het geluid neemt af, er ontstaat een "gorgel".
Geboorte, scheiding, opstijgen en barsten van bellen is een fysiek fenomeen dat miljoenen mensen elke dag zien. Maar koken is moeilijker dan het in eerste instantie lijkt.Er kunnen twee processen worden onderscheiden: cavitatie en vloeistofoscillatie tijdens het losmaken van de bellen. Beiden produceren een onderscheidend geluid, maar het akoestische effect van de ene is gemakkelijk te onderscheiden van de andere. Door het geluid bepaal je gemakkelijk wanneer het water in de waterkoker is opgewarmd tot de gewenste temperatuur.
