Есть место, где в воде при закипании не появляются пузырьки: куда они деваются в микроволновой печи
Пузырьки обычно являются первым признаком того, что вода закипает, однако на самом деле это происходит не всегда. Например, при нагревании в микроволновой печи этот важный этап похоже пропускается.
Большинство людей замечали появление крошечных пузырьков в воде, пока она греется на плите — первый признак того, что она готова закипеть. По мере того как температура повышается, пузырьки становятся больше, пока бурное кипение не станет сигналом того, что вода достигла 100 градусов Цельсия, пишет Live Science.
У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!
Однако люди, греющие воду в микроволновой печи, замечали, что пузырьки здесь не появляются. Почему же в кипящей воде появляются пузырьки, за исключением случаев, когда речь идет о микроволновой печи?
Пузырьки при закипании воды
По словам специалистов по динамике жидкостей, наноразмерные пузырьки постоянно появляются и лопаются по мере нагревания воды над источником тепла. Однако температура, при которой начинают образовываться заметные пузырьки, порой может быть намного выше общепринятой температуры кипения воды.
Специалист по динамике жидкостей из Политехнического университета Вирджинии Джонатана Борейко, температура кипения означает, что при любой температуре выше этой, молекулам воды комфортнее находиться в состоянии пара, чем в состоянии жидкости. При температуре выше 100 градусов по Цельсию внутренняя энергия молекул воды, также известная ак химический потенциал, у газа ниже, чем у жидкости — это делает пар более стабильной формой.
Однако для фактического закипания необходимо создать пузырь, что требует энергетических затрат. Поэтому, по словам Борейко, то, что чему-то комфортнее находиться в состоянии пара, не означает, что оно успешно закипит. Таким образом, температура, при которой вода фактически закипает — своеобразный компромисс между химической потенциальной энергией, сэкономленной при переходе в газообразное состояние, и энергией, затраченной на образование пузырька.
Ученые отмечают, что пузырек — не просто объема газа, но и граница раздела между газовой и жидкой фазами. И, как и все границы раздела жидкостей, эта поверхность подвержена поверхностному натяжению.
Поверхностное натяжение — сила, которая постоянно стремится сжать границу раздела газ-жидкость до минимально возможной площади. Стабильный пузырек должен содержать достаточно газа, чтобы химический потенциал энергии, сохраняющийся в процессе, превышал поверхностное натяжение на границе раздела, что делает более крупные пузырьки более устойчивыми.
По словам Борейко, простыми словами, поверхностное натяжение — энергетические затраты на единицу площади. Таким образом, у очень маленьких пузырьков очень большое отношение площади поверхности к объему, в то время как у более крупного пузырька площадь поверхности по отношению к объему меньше. Чем больше пузырьки, тем больше объем, что перевешивает затраты на поверхностное натяжение.
В результате, вода часто закипает лишь когда температура немного превышает 100 градусов по Цельсию — явление, известное как перегрев. Температура кипения обозначает температуру, при которой газ становится более стабильным, чем жидкость, а дополнительные градусы соответствуют энергии активации, необходимой для создания достаточно большого пузырька.
Однако, по словам специалиста по динамике жидкостей из Римского университета Ла Сапиенца Мирко Галло, на то, насколько легко образуются эти пузырьки, влияет ряд факторов, в том числе:
- растворенные газы;
- примеси в воде;
- поверхность емкости.
Кипячение воды в микроволновой печи
В то же время в микроволновой печи наблюдаются необычные условия нагрева, подавляющие образование пузырьков настолько эффективно, что воду можно перегреть до 20°C.
Дело в том, что электромагнитные волны проникают и возбуждают молекулы воды по всему объему, поэтому вода нагревается очень быстро и равномерно, в то время как на плите сильнее всего нагревается дно кастрюли.
Кроме того, для микроволновой печи, как правило, используется довольно гладкие материалы, например стекло, а потому не возникает локальных горячих точек, которые помогают преодолеть энергетический барьер и создать первый контакт.
Этот огромный запас химической потенциальной энергии в перегретой жидкости спонтанно высвобождается в виде гигантского взрывного пузыря. Именно поэтому так опасно греть воду в микроволновой печи.
Напомним, ранее мы писали о том, что ученые обеспокоены: в 99% бутилированной воды по всей Земле найдены химикаты.
Ранее Фокус писал о том, что ученые рассказали, безопасно ли пить дождевую воду.