为什么水在沸腾之前会发出最大的“噪音”,而在沸腾之后会安静?

日常生活中最常用的物品之一是水壶,至少对我来说是这样。很多人设置它每天在里面煮几次水,但很少有人想知道为什么水在沸腾之前发出的声音最大,而在沸腾之后它变得安静得多。这是我们每天都会遇到的现象之一,但几乎没有注意到它。

那么有什么关系呢?

这个问题的答案比看起来要复杂,因为一切都发生在几个阶段:

为什么水在沸腾之前会发出最大的“噪音”,而在沸腾之后会安静?

在电热水壶中烧水的过程

每个人都知道,当达到沸点(100 ℃)时,水分子接收到如此多的能量,以至于它们从以液态形式将它们结合在一起的分子键中释放出来,水变成了蒸汽。

1、当水壶底部最热的部分(发热体温度超过100摄氏度)沸腾时,会形成上千个小气泡和饱和蒸汽,每个气泡都发出100赫兹频率的声音。

2.进一步加热后,气泡开始从底部脱离并上升到表面。当它们穿过上面更冷的水层时,它们会冷却下来并分解。这种气泡的“塌陷”会产生强度相当大的冲击波(效果有点类似于管道中的水锤)并产生频率约为 1 kHz 的声音,它们的形成过程称为“空化”

空化是液体流中汽化和随后冷凝的过程,伴随着噪音和液压冲击,在充满液体本身的蒸汽的液体中形成空腔(空化气泡或洞穴)。

这是一个非常嘈杂且有时具有破坏性的过程:例如,空化会导致螺旋桨叶片的侵蚀性破坏。这是气蚀的另一个例子:

为什么水在沸腾之前会发出最大的“噪音”,而在沸腾之后会安静?

水瓶中的空化示例

所以,是时候回到我们的水壶了......为什么水的声音会越来越大,直到它沸腾,然后它变得更安静?

坍塌的气泡也会混合液体,释放出更小的水蒸气气泡和溶解在其中的空气。这些额外形成的微泡也会产生声音。

最后,当上层水温升到100℃左右时,底部形成的气泡越来越靠近水面。随着更多气泡的形成,噪音开始增加。而当水壶中的水全部达到沸点时,蒸汽泡已经浮出水面并在那里爆裂,声音要柔和得多。因此,水在沸腾后停止发出响亮的“噪音”。

为什么水在沸腾之前会发出最大的“噪音”,而在沸腾之后会安静?

用电热水壶烧开水

有人可能会奇怪,为什么用微波炉加热水在沸腾前不会发出声音?罪魁祸首是微波炉加热的原理。多亏了微波,加热几乎均匀,不同水层之间的温度没有这种差异,因此气泡在到达表面之前“塌陷”。

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