Menu

Почему шумит чайник перед закипанием: Ничего не найдено для d0 bf d0 be d1 87 d0 b5 d0 bc d1 83 d1 87 d0 b0 d0 b9 d0 bd d0 b8 d0 ba d1 88 d1 83 d0 bc d0 b8 d1 82

Содержание

Почему чайник шумит перед закипанием? Причины, фото и видео

Автор Анималов В.С. На чтение 4 мин Опубликовано Обновлено

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?

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

Процесс закипания воды

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

Кавитация

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.

Почему шумит чайник, поставленный на огонь? Физика на кухне | Обучение

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.

Нет, не за это мы любим физику и физиков!
Фото: Depositphotos

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.

Эффективная коррекция фигуры с помощью кавитационных технологий
Фото: Источник

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.

Почему вода громче всего «шумит» ДО того, как закипеть, а после — становится гораздо тише | Научпоп. Наука для всех

Один из самых часто используемых предметов в быту — чайник, по крайней мере, у меня. Многие люди ставят кипятить в нем воду по несколько раз в день, но мало кто задается вопросом, почему вода шумит громче всего ДО того, как она закипит, а после закипания становится гораздо тише. Это одно из тех явлений, с которыми мы сталкиваемся ежедневно, но почти не обращаем на него внимания.

Так в чем тут дело?

Ответ на этот вопрос сложнее, чем может показаться, ведь все происходит в несколько этапов:

Процесс закипания воды в электрическом чайнике. Источник изображения: gfycat.com

Процесс закипания воды в электрическом чайнике. Источник изображения: gfycat.com

Всем известно, что при достижении точки кипения (100 ℃) молекулы воды получают настолько большое количество энергии, что освобождаются от молекулярных связей, которые удерживают их вместе в жидкой форме и вода превращается в пар.

1. При закипании воды на дне чайника в самой горячей его части (температура нагревательного элемента превышает 100 градусов по Цельсию), образуются тысячи маленьких пузырьков воздуха и насыщенного пара, при этом каждый из них производит звук с частотой 100 Гц.

2. После дальнейшего нагревания пузырьки начинают отрываться от дна и подниматься к поверхности. Когда они проходят через намного более холодные слои воды, расположенные выше, то остывают и разрушаются. Такое «схлопывание» пузырьков газа создает приличные по силе ударные волны (эффект чем-то похож на гидравлический удар в трубах) и производит звук с частотой около 1 кГц, а сам процесс их образования именуется «кавитацией».

Кавитация — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости, в которой возникает.

Это весьма шумный, а иногда разрушительный процесс: например, кавитация приводит к эрозионному разрушению лопастей гребных винтов. Вот еще пример кавитации:

Пример кавитации в бутылке с водой. Источник изображения: gfycat.com

Пример кавитации в бутылке с водой. Источник изображения: gfycat.com

Так, пора вернуться к нашему чайнику… Почему шум воды усиливается до момента закипания, а потом становится гораздо тише?

Коллапсирующие пузырьки пара к тому же перемешивают жидкость, высвобождая еще более мелкие пузырьки паров воды и растворенного в ней воздуха. Эти дополнительно образующиеся микропузырьки также создают звук.

3, Наконец, когда верхние слои воды разогреются до температуры близкой с 100 ℃, пузырьки, которые образовались на дне поднимаются все ближе и ближе к поверхности. Из-за большего количества образующихся пузырьков начинает нарастать шум. А когда вся вода в чайнике достигнет точки кипения, то пузырьки пара уже поднимаются на поверхность и лопаются там, звук при этом намного более мягкий. Таким образом, вода перестает громко «шуметь» после того как закипит.

Кипение воды в электрическом чайнике. Источник изображения: gfycat.com

Кипение воды в электрическом чайнике. Источник изображения: gfycat.com

У кого-то может возникнуть вопрос, почему вода не шумит перед тем как закипеть, если ее разогревать в микроволновке? Виновником этого является сам принцип нагревания в СВЧ-печи. Благодаря микроволнам разогрев происходит практически равномерно и между разными слоями воды нет такой разницы в температуре, из-за которой пузырьки газа «схлопываются», так и не достигнув поверхности.

Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

Почему чайник шумит во время работы?

Замечали ли вы когда-нибудь, что электрический чайник очень сильно шумит во время работы? Конечно замечали, ведь не заметить это невозможно. Не исключено, что вы даже задавались вопросом из-за чего это происходит. При этом, когда вода почти закипела, звук становится тише, чем через несколько секунд после включения. Этому есть очень логичное объяснение, как и тому, почему чайник на плите работает иначе и шуметь начинает только тогда, когда вода уже почти закипела.

Чайник во время работы имеет свойство шуметь.

В первую очередь, давайте определимся с тем, чем электрический чайник отличается от обычного, которым еще наши бабушки и дедушки кипятили воду на газовой плите.

В основе электрического чайника лежит нагревательный элемент. Он располагается на дне самого чайника и нагревается за счет подключения прибора к электрической сети. На заре появления электрических чайников нагревательный элемент имел разную форму. Долгое время использовался вариант, похожий на кипятильник. Он имел форму спирали и неплохо справлялся со своими задачами. Потом пришло время плоского нагревательного элемента, и многое поменялось.

Конструкция упростилась, а вода стала нагреваться быстрее. Тут и кроется первая и основная причина шума во время кипячения.

Почему чайник шумит?

Современные чайники имеют мощность несколько киловатт, чтобы от того времени, как мы захотим чашечку горячего чая, до того момента, как мы ее получим, прошло как можно меньше времени. Выше было сказано, что нагревательный элемент находится внизу, а это означает, что нагрев воды происходит неравномерно. То есть, когда вода, находящаяся в нижней части ёмкости, уже вступила в контакт с раскаленной поверхностью, верхняя еще остается холодной.

Уже подписался на наш новостной канал в Telegram? Если нет, дочитывай статью и присоединяйся к нам.

В этот момент газ, находящийся в воде, начинает расширяться и превращаться в пузырьки воздуха. Эти пузырьки начинают подниматься вверх. Когда они достигают холодного слоя, они начинают схлопываться за счет снижения температуры газа в более холодной жидкой среде.

В этот момент пузырек и производит небольшой шум. Когда таких пузырьков много, едва слышный хлопок превращается в шипение, а потом в гул, которые и сопровождает кипение чайника. Чуть позже этот звук переходит в более громкие хлопки, которых становится много, но, при этом, они становятся тише.

В этот момент вода начинает закипать полностью и пузырьки доходят ото дна до самой поверхности, заставляя воду бурлить. Через какое-то время чайник выключается и мы можем воспользоваться кипятком.

Обычный чайник для плиты работает тише электрического.

Теоретически, избежать шипения во время работы чайника возможно. Для этого надо помешивать воду, чтобы она прогревалась более равномерно и не было тех самых пузырьков, которые схлопываются, поднимаясь наверх. Только, если захотите это попробовать, будьте осторожны. Пар очень горячий, а прибор подключен к розетке.

Еще одним способом избавиться от шума будет выбор менее мощного чайника или выбор более слабого режима нагрева, если ваша модель это позволяет.

Также можно заметить, что чайник на плите так сильно не шумит и основной звук начинается в тот момент, когда вода уже кипит. В этот же момент из-за расширения газа начинает издавать звук свисток, расположенный на корпусе (если он есть). Связано это как раз с тем, что вода в чайнике на плите нагревается медленнее. И не производит ситуаций, когда часть воды уже кипит, а часть еще остается холодной.

Лично меня кипение чайника напрягает только в тот момент, когда я включаю его поздно вечером. В остальное время потерпеть шум в течение пары минут не вызывает у меня никакого дискомфорта. Я выбираю более быстрое закипание при большем шуме, а не наоборот.

Напрягает ли вас шум чайника или его можно потерпеть, если вода закипает быстро?

Почему чайник шумит перед закипанием воды в нем

Почему перед закипанием вода шумит? | Автор топика: Станислав

Константин Представь себе, чайник.

На его дно поступает тепло в виде сгорания газа, или дров. Вода начинает нагреваться, на самом дне чайника вода уже нагрелась, и закипела, появились пузырьки, они начинают подниматься вверх, но там вода холодная они передают свое тепло воде и давление в пузырьке становиться меньше чем давление воды и пузырек захлопывается, создается шум. А когда ставишь чайник на огонь таких пузырьков получается много и создается шум. Этот метод передачи тепла называется конвенцией. А так это очень интересный вопрос!!))))

Роман) Из-за схлопывания пузырьков воздуха, переходящих в разные температурные области

Галина Могу физически объяснить, типа про конденсацию, но уши у вас завянут)
Молекулы начинают двигаться быстрее, совершают работу, вот и шумит)

Кристина Это своеобразный знак нам, чтобы мы ее выключили))))

Лариса Шум чайника — это шум закипающей воды. При закипании вода не сразу прогревается равномерно. На нагревательном элементе активно образуются молекулы, переходящие в газообразное состояние. Горячее поднимается вверх, как мы помним из школьного курса физики. Так вот, эти самые пузырьки пара поднимаются в холодные верхние слои воды, где с характерным звуком лопаются; наблюдается так называемое схлопывание молекул воды.

Метки: Почему чайник шумит перед закипанием воды в нем

Индукционная варочная поверхность Electrolux EHD 60020P. Засекаю время за сколько закипит 500 мл воды. Как видите…

почему электро чайник шумит?


Почему шумит электрочайник при закипании?
Долго искал в интернете, более или менее вменяемое обьяснение, что при закипании происходит выброс пузырьков воздуха и их общее лопание производит шум.
НО я обратил внимание, что чайник шумит меньше, когда закипает свеженалитая вода (т.е более богатая кислородом).
А если в чайнике закипает ранее кипевшая вода, то шума почти в два раза больше.
Почему?

Почему перед закипанием вода шумит, а в процессе кипения …

15 апр. 2014 г. — Рассмотрим пузырек, возникающий около горячего дна. Увеличиваясь в объеме, пузырек увеличивает площадь своего соприкосновения …


Почему сильно шумит электрочайник при работе, что делать, или так и должно быть?

Это может быть обычная физика и если шум не сильный, то электрочайник в порядке, то есть исправен.

Нагревательный элемент электрочайника находится снизу, то есть вода начинает кипеть снизу, образуются пузырьки (пузырьки содержат воздух и насыщенный пар), вода «бурлит» и нагревается послойно (снизу).

Пузырьки лопаются (при столкновении со слоем холодной воды) и электрочайник шумит, или вот это бурление воды

воспринимается как шум.

Тут ни чего делать не надо, это «физика» так и должно быть, если шум сильно беспокоит, то есть в продаже почти бесшумные электрочайники.

Или купите электрочайник со спиральным нагревательным элементом, они более бесшумные в отличие от электрочайников с дисковым нагревательным элементом.

Не стоит постоянно наливать в электрочайник холодную воду и сливать уже кипячёную, повторное кипячение холодной воды приводит к шумной работе электрочайника.

Причиной шума может быть и накипь, вода проникает в толщу накипи и превращается в пар, то есть парообразование происходит в самой накипи, отсюда и шум (поток пара под большим давлением) при работе электрочайника.

Электрочайник надо почистить от накипи, можно приобрести специальное средство от накипи заводского изготовления, можно обычной лимонной кислотой.

Количество лимонной кислоты зависит от объёма электрочайника.

Наливаете воду в чайник, засыпаете лимонную кислоту.

Далее доводим воду до кипения.

Я обычно на ночь оставляю чайник с кислотой и водой.

Утром сливая воду, наливаю свежую и опять кипячу и так 2 раза.

После чистки чайника от накипи шум может снизиться и значительно, вода будет нагреваться равномерно.

Ещё электрочайник может шуметь, если его подставка находится не на ровной и жёсткой (устойчивой) поверхности.

Пробуйте установить электрочайник в другом месте, лучший вариант, это стол с устойчивыми ножками.

Из личного опыта могу добавить, купил электрочайник со стеклянным корпусом (стекло толстое), он тоже шумит при закипании воды, но гораздо меньше, чем мой старый электрочайник с пластиковым корпусом.

Почему вода в чайнике шумит

Так и должно быть, электрочайник сам по себе не тихий, или он сломан?

В чём причина и как можно избавиться от этого шума?

Это может быть обычная физика и если шум не сильный, то электрочайник в порядке, то есть исправен.

Нагревательный элемент электрочайника находится снизу, то есть вода начинает кипеть снизу, образуются пузырьки (пузырьки содержат воздух и насыщенный пар), вода «бурлит» и нагревается послойно (снизу).

Пузырьки лопаются (при столкновении со слоем холодной воды) и электрочайник шумит, или вот это бурление воды

Тут ни чего делать не надо, это «физика» так и должно быть, если шум сильно беспокоит, то есть в продаже почти бесшумные электрочайники.

Или купите электрочайник со спиральным нагревательным элементом, они более бесшумные в отличие от электрочайников с дисковым нагревательным элементом.

Не стоит постоянно наливать в электрочайник холодную воду и сливать уже кипячёную, повторное кипячение холодной воды приводит к шумной работе электрочайника.

Причиной шума может быть и накипь, вода проникает в толщу накипи и превращается в пар, то есть парообразование происходит в самой накипи, отсюда и шум (поток пара под большим давлением) при работе электрочайника.

Электрочайник надо почистить от накипи, можно приобрести специальное средство от накипи заводского изготовления, можно обычной лимонной кислотой.

Количество лимонной кислоты зависит от объёма электрочайника.

Наливаете воду в чайник, засыпаете лимонную кислоту.

Далее доводим воду до кипения.

Я обычно на ночь оставляю чайник с кислотой и водой.

Утром сливая воду, наливаю свежую и опять кипячу и так 2 раза.

После чистки чайника от накипи шум может снизиться и значительно, вода будет нагреваться равномерно.

Ещё электрочайник может шуметь, если его подставка находится не на ровной и жёсткой (устойчивой) поверхности.

Пробуйте установить электрочайник в другом месте, лучший вариант, это стол с устойчивыми ножками.

Из личного опыта могу добавить, купил электрочайник со стеклянным корпусом (стекло толстое), он тоже шумит при закипании воды, но гораздо меньше, чем мой старый электрочайник с пластиковым корпусом.

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.

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.

Термодинамика

. Почему мой чайник шумит только при включении. Термодинамика

. Почему мой чайник шумит только при включении.
Сеть обмена стеками

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетите биржу стека
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Зарегистрироваться

Physics Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов, изучающих физику.Регистрация занимает всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Любой может задать вопрос

Любой может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются на вершину

спросил

Просмотрено 18 тысяч раз

$\begingroup$

Почти сразу, как я включаю чайник, он начинает издавать знакомый звук чайника, но вскоре после выключения питания шум кипения прекращается, и чайник работает совершенно бесшумно.Температура воды (почти) такая же, как когда я его выключил. Так почему же возникает только шум, когда к воде добавляется энергия?

СЭМ

11.3k55 золотых знаков4242 серебряных знака6969 бронзовых знаков

спросил 5 марта, 2014 в 3:23

КрасныйПитонКрасныйПитон

19011 золотой знак11 серебряный знак88 бронзовых знаков

$\endgroup$ 3 $\begingroup$

Ваш чайник нуждается в подаче энергии от нагревательного элемента, чтобы превратить воду в пар.Образующиеся и схлопывающиеся пузырьки пара издают знакомый звук. Вначале многие пузырьки пара не достигают вершины, потому что они остывают, когда поднимаются от нагревательного элемента. Вот почему знакомый урчащий звук начинается задолго до того, как вода закипит. Вода на самом деле кипит вокруг поверхности нагревательного элемента, но холоднее вдали от него.

Причина остановки сразу после выключения питания заключается в том, что воде требуется энергия для перехода из жидкости в пар.Несмотря на то, что кипящая вода и пар на самом деле имеют температуру 100 градусов по Цельсию, пар обладает большей кинетической энергией. Вот почему ожог паром может быть хуже, чем кипящей водой. Чтобы вода превратилась в пар, она должна приобрести достаточно энергии, чтобы перепрыгнуть энергетический разрыв. Вот почему чайнику требуется постоянный ввод новой энергии для создания нового пара, даже если пар и вода имеют одинаковую температуру. Выключите его, и процесс остановится, и он остановится быстро, потому что вода не балансирует на грани между жидкостью и паром.Есть энергетический разрыв, который нужно преодолеть.