Chaque jour, des centaines de millions de cuisines du monde font bouillir l'eau plusieurs fois par jour. Quelqu'un se souvient immédiatement du programme scolaire et le mot inhabituel «cavitation» apparaît dans sa mémoire.
«Certaines bulles éclatent - et donc du bruit», lance utilement le subconscient. Mais peu de gens se souviennent du déroulement exact du processus. Et d'ailleurs, peu de gens savent que le bruit est créé simultanément par deux phénomènes.
Qu'est-ce qui bout?
Qu'est-ce qui bout? Il y a une définition claire: "L'ébullition est la vaporisation qui se produit simultanément dans tout le volume de liquide." Pour démarrer le processus, les conditions suivantes doivent être remplies:
- La présence de centres de vaporisation;
- Apport de chaleur constant;
Le liquide atteint une certaine température, appelée point d'ébullition.
Pourquoi des bulles de vapeur se forment-elles dans l'eau bouillante?
Les centres de vaporisation, autour desquels les bulles commencent à apparaître, sont de petites fissures, des taches graisseuses et des particules solides - des particules de poussière. Ils piègent de petits volumes d'air et le liquide emprisonne l'air jusqu'à ce qu'il commence à bouillir. L'eau contient également des gaz dissous: oxygène, azote, dioxyde de carbone. Les liaisons entre les molécules de gaz et les molécules d'eau sont faibles et s'effondrent rapidement lors du chauffage. Lorsque le gaz dissous est libéré, la pression de l'eau le force à prendre la forme sphérique la plus économe en énergie. Cela fait des bulles.
Après l'évolution du gaz, la chaleur commence à séparer les molécules liquides.De la vapeur se forme à l'intérieur de bulles déjà formées. Le processus d'ébullition commence donc.
Causes du bruit d'ébullition
Les premiers signes d'ébullition peuvent être observés au fond de la bouilloire - il y a la température la plus élevée, c'est là que les premières bulles apparaissent. Chacun d'eux contient du gaz et de la vapeur saturée. Bien que la bulle soit petite, elle est maintenue par la tension superficielle. Ensuite, les molécules d'eau en mouvement rapide qui forment la vapeur s'accumulent à l'intérieur de la bulle et elle commence à se développer. Le détachement se produit au moment où la force d'Archimède poussant la bulle devient supérieure aux forces de tension qui la retiennent. La bulle est libérée et se précipite à la surface
Le détachement fait vibrer le fluide. Ces vibrations sont la première cause de bruit d'ébullition.. Vous pouvez estimer la fréquence du son reçu. Il est inversement proportionnel au temps nécessaire à une bulle pour se détacher du fond. Le temps, cependant, caractérise la force de l'oscillation causée par la séparation.
Les calculs ont montré que le temps de séparation moyen est de l'ordre de 0,01 seconde, ce qui signifie que la fréquence sonore est d'environ 100 Hz. Ce sont ces données qui ont permis aux scientifiques de comprendre qu'il y avait une autre raison au bruit lorsque la bouilloire était en ébullition. Après tout, la fréquence réelle du son a été mesurée et s'est avérée être un ordre de grandeur supérieur à celui calculé.
La découverte de la double nature du bruit a été faite par le scientifique écossais Joseph Black. Cela s'est produit au XVIIIe siècle, lors de son travail à l'Université d'Édimbourg.
La principale source de bruit lors de l'ébullition de l'eau
C'est Joseph Black qui a d'abord enquêté sur le processus d'ébullition et établi la source de bruit supplémentaire. Il a constaté que toutes les bulles qui s'échappent du fond et des murs n'atteignent pas la surface. Et au tout début du processus d'ébullition, aucune bulle n'atteint la surface - elles disparaissent dans la colonne d'eau.
Le phénomène a tellement intéressé le scientifique qu'il a passé plusieurs nuits blanches à essayer de trouver la cause de la disparition des bulles. La recherche a permis de tirer la bonne conclusion. La réponse était simple: la différence de température. Au début de leur mouvement, les bulles se trouvent dans la partie la plus chaude du navire. La pression de vapeur leur permet de conserver leur forme sphérique.
Changement sonore lors de l'eau bouillante
En remontant, les bulles tombent dans les couches plus froides. La vapeur commence à se condenser, la pression à l'intérieur baisse. À un moment donné, il ne peut plus garder sa forme et s'effondre. Le phénomène de formation, de séparation et d'effondrement des bulles lors de l'ébullition était appelé "cavitation". Les calculs nécessaires ont été effectués, qui ont montré que la fréquence du son lors de l'effondrement est proche de la valeur de 1000 Hz. Les données correspondent à des paramètres mesurés expérimentalement. Lorsque le fluide se réchauffe, les bulles cessent de s'effondrer et le niveau de bruit change. La fréquence du son diminue considérablement. Bientôt, sans exception, toutes les bulles atteignent la surface. Le bruit s'apaise, un "gargouillis" survient.
La naissance, la séparation, le bouillonnement et l'éclatement des bulles est un phénomène physique que des millions de personnes voient chaque jour. Mais faire bouillir est plus difficile qu'il n'y paraît au premier abord.Deux processus peuvent être distingués: la cavitation et l'oscillation du fluide pendant le détachement des bulles. Les deux produisent un son distinctif, mais l'effet acoustique de l'un est facile à distinguer de l'autre. Par le bruit, vous pouvez facilement déterminer quand l'eau dans la bouilloire est chauffée à la température souhaitée.
