為什麼開水不響,響水不開?
水加熱時,容器中水的温度受熱不均勻,導致水的密度不同。因此容器中的水形成上下對流循環,產生摩擦,使水振動,並帶動容器共振,導致振動聲響變大。當水被燒開後,使得水的下、中、上層的水温趨於一致,水壺裏各部位的水温均達到100℃,它就不會再產生對流循環、摩擦,它的振動會逐漸變小。
通常,在水快要沸騰時,發出連續的響聲,音調很高;另一種是水沸騰時,發出的“噗、噗、噗”的斷續響聲,音調比前者柔和很多。人們根據這些得出了“響水不開,開水不響”這個結論。為什麼水燒開時響聲的音調不高,快燒開時響聲的音調卻很高呢?這裏面到底藴含着什麼科學道理呢?
原來,當把水加熱時,由於容器中水的温度受熱不均勻,導致水的密度不同。底部水温較高的水,它的密度高於上部水温較低的水的密度,使容器中的水形成上、下對流循環,這種對流循環將產生摩擦,帶動水的振動,並且帶動容器共振,導致振動聲響變大。其次,我們都知道當水壺中的水達到一定温度時,容器底部和器壁會出現一些小氣泡,這種小氣泡是由吸附在容器壁和溶在水中的空氣形成的。氣泡中除了一定量的空氣外,還有因受熱而產生的飽和水汽。當温度繼續升高時,向氣泡內蒸發的水汽就逐漸增多,氣泡內的壓強也就增大,導致小氣泡逐漸膨脹,在浮力作用下由底部上升。上面的水温度較低,氣泡內部分水汽又凝結成水,內部壓強減小,氣泡體積又逐漸縮小。繼續加熱,原來温度較低的水温度升高,氣泡再次臌脹上升,升到一定的温度時,氣泡中的部分水汽又要凝結成水,體積又縮小。所以,在加熱燒水過程中,隨着温度的逐漸升高,氣泡體積一會兒臌脹,一會兒縮小,不斷上浮,發生振動。當這種振動的頻率與容器的頻率(固有頻率)相同時,就會產生共振現象。這就是為什麼我們聽到了“轟轟轟”的響聲,但水卻沒有開,即所謂的“響水不開”。
當水被燒開達到沸點後,由於水的對流和熱氣泡不斷地向上運動,使得水的下、中、上層的水温趨於一致,水壺裏各部位的水温均達到100℃,它就不會再產生對流循環、摩擦以及它的振動會逐漸變小。水沸騰時,從容器的底部產生的大量水蒸氣不斷湧出水面,在這個過程中水蒸汽與水之間也會有一定的摩擦,但這種摩擦不大,氣泡與容器的共振現象也相對較小,只能聽到“嘶嘶嘶”的聲響。還有一種情況是在水沸騰時,會發出“叭叭叭”的聲響。這種現象是因為水沸騰時,氣泡內的壓力大於氣泡外的壓力,氣泡迅速膨脹,加速上浮,直至水面破裂釋放出蒸汽和空氣。隨着大量氣泡破裂,氣壓增大沖擊到水壺蓋,使水壺蓋被彈起,釋放部分氣體後落下,這樣的周而復始,就形成了“叭叭叭”的聲音。這就是“開水不響”的道理。
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