Технології та наука Є місце, де у воді під час закипання не з'являються бульбашки: куди вони діваються у мікрохвильовій печі
Бульбашки зазвичай є першою ознакою того, що вода закипає, однак насправді це відбувається не завжди. Наприклад, під час нагрівання в мікрохвильовій печі цей важливий етап схоже пропускається.
Більшість людей помічали появу крихітних бульбашок у воді, поки вона гріється на плиті — перша ознака того, що вона готова закипіти. У міру того як температура підвищується, бульбашки стають більшими, поки бурхливе кипіння не стане сигналом того, що вода досягла 100 градусів Цельсія, пише Live Science.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Однак люди, які гріють воду в мікрохвильовій печі, помічали, що бульбашки тут не з'являються. Чому ж у киплячій воді з'являються бульбашки, за винятком випадків, коли йдеться про мікрохвильову піч?
Відео дня
Бульбашки під час закипання води
За словами фахівців з динаміки рідин, нанорозмірні бульбашки постійно з'являються і лопаються в міру нагрівання води над джерелом тепла. Однак температура, за якої починають утворюватися помітні бульбашки, часом може бути набагато вищою за загальноприйняту температуру кипіння води.
Спеціаліст із динаміки рідин із Політехнічного університету Вірджинії Джонатана Борейко, температура кипіння означає, що за будь-якої температури, вищої за цю, молекулам води комфортніше перебувати в стані пари, ніж у стані рідини. За температури вище 100 градусів за Цельсієм внутрішня енергія молекул води, також відома як хімічний потенціал, у газу нижча, ніж у рідини — це робить пару більш стабільною формою.
Однак для фактичного закипання необхідно створити бульбашку, що потребує енергетичних витрат. Тому, за словами Борейка, те, що чомусь комфортніше перебувати в стані пари, не означає, що воно успішно закипить. Таким чином, температура, за якої вода фактично закипає, — своєрідний компроміс між хімічною потенційною енергією, зекономленою під час переходу до газоподібного стану, та енергією, витраченою на утворення бульбашки.
Учені зазначають, що бульбашка — не просто об'єму газу, а й межа розділу між газовою та рідкою фазами. І, як і всі межі розділу рідин, ця поверхня схильна до поверхневого натягу.
Поверхневий натяг — сила, яка постійно прагне стиснути межу розділу газ-рідина до мінімально можливої площі. Стабільна бульбашка має містити достатньо газу, щоб хімічний потенціал енергії, що зберігається в процесі, перевищував поверхневий натяг на межі розділу, що робить більші бульбашки більш стійкими.
За словами Борейка, простими словами, поверхневий натяг — енергетичні витрати на одиницю площі. Таким чином, у дуже маленьких бульбашок дуже велике співвідношення площі поверхні до об'єму, у той час, як у більшої бульбашки площа поверхні щодо об'єму менша. Чим більші бульбашки, тим більший об'єм, що переважує витрати на поверхневий натяг.
У результаті, вода часто закипає лише коли температура трохи перевищує 100 градусів за Цельсієм — явище, відоме як перегрів. Температура кипіння позначає температуру, за якої газ стає стабільнішим за рідину, а додаткові градуси відповідають енергії активації, необхідній для створення досить великої бульбашки.
Однак, за словами фахівця з динаміки рідин з Римського університету Ла Сапієнца Мірко Галло, на те, наскільки легко утворюються ці бульбашки, впливає низка чинників, зокрема:
- розчинені гази;
- домішки у воді;
- поверхня ємності.
Кип'ятіння води в мікрохвильовій печі
Водночас у мікрохвильовій печі спостерігаються незвичайні умови нагріву, які пригнічують утворення бульбашок настільки ефективно, що воду можна перегріти до 20°C.
Річ у тім, що електромагнітні хвилі проникають і збуджують молекули води по всьому об'єму, тому вода нагрівається дуже швидко і рівномірно, тоді як на плиті найсильніше нагрівається дно каструлі.
Крім того, для мікрохвильової печі, як правило, використовується досить гладкі матеріали, наприклад скло, а тому не виникає локальних гарячих точок, які допомагають подолати енергетичний бар'єр і створити перший контакт.
Цей величезний запас хімічної потенційної енергії в перегрітій рідині спонтанно вивільняється у вигляді гігантської вибухової бульбашки. Саме тому так небезпечно гріти воду в мікрохвильовій печі.
Нагадаємо, раніше ми писали про те, що вчені занепокоєні: у 99% бутильованої води по всій Землі знайдено хімікати.
Раніше Фокус писав про те, що вчені розповіли, чи безпечно пити дощову воду.
Джерело: focus.ua
