בכל יום מאות מיליוני מטבחים ברחבי העולם מרתיחים מים מספר פעמים ביום. מישהו נזכר מייד בתכנית הלימודים בבית הספר והמילה הלא שגרתית "cavitation" צצה בזכרונו.
"כמה בועות מתפרצות - ולכן רעש", מבקש התת מודע בעזרה. אך מעטים האנשים שזוכרים את מהלך התהליך המדויק. יתר על כן, מעטים יודעים כי רעש נוצר במקביל על ידי שתי תופעות.
מה רותח?
מה רותח? יש הגדרה ברורה: "רתיחה היא האידוי שמתרחש בו זמנית בכל נפח הנוזל." כדי להתחיל בתהליך, יש לעמוד בתנאים הבאים:
- נוכחות מרכזי אידוי;
- קלט חום קבוע;
הנוזל מגיע לטמפרטורה מסוימת, הנקראת נקודת הרתיחה.
מדוע נוצרות בועות אדים במים רותחים?
מרכזי האידוי, שסביבם מתחילות להופיע בועות, הם סדקים קטנים, כתמים שמנוניים וחלקיקים מוצקים - חלקיקי אבק. הם לוכדים נפחי אוויר קטנים, והנוזל לוכד את האוויר עד שהוא מתחיל לרתיחה. המים מכילים גם גזים מומסים: חמצן, חנקן, פחמן דו חמצני. הקשרים בין מולקולות הגז למולקולות המים הם חלשים ומתמוטטים במהירות עם החימום. כאשר משתחרר הגז המומס, לחץ המים מכריח אותו לנקוט בצורה הכספית חסכונית ביותר באנרגיה. מסתבר בועות.
לאחר התפתחות הגז החום מתחיל להפריד את מולקולות הנוזל.צורות קיטור המשתחררות בתוך בועות שכבר נוצרו. אז מתחיל תהליך הרתיחה.
גורם לרעש רותח
ניתן להבחין בסימני ההרתחה הראשונים בתחתית הקומקום - יש הטמפרטורה הגבוהה ביותר, זה שם שהבועות הראשונות מופיעות. כל אחד מהם מכיל גז ואדים רוויים. בעוד הבועה קטנה, היא מוחזקת על ידי מתח פנים. לאחר מכן, מולקולות המים הנעות במהירות המהוות את האדי מצטברות בתוך הבועה והיא מתחילה להתגבר. ניתוק מתרחש ברגע בו כוחו של ארכימדס, דוחף את הבועה, הופך ליותר מכוחות מתיחה המחזיקים אותה. הבועה משתחררת וממהרת אל פני השטח
ניתוק גורם לרטט של נוזלים. תנודות אלה הן הגורם הראשון לרעש רותח.. ניתן להעריך את תדירות הצליל שהתקבל. זה ביחס הפוך לזמן שלוקח בועה להתנתק מהתחתית. אולם, הזמן מאפיין את חוזק התנודה הנגרמת על ידי הפרדה.
החישובים הראו שזמן ההפרדה הממוצע הוא בסדר גודל של 0.01 שניות, מה שאומר שתדר הקול הוא בערך 100 הרץ. הנתונים הללו הם שאפשרו למדענים להבין שיש סיבה אחרת לרעש כאשר הקומקום רתח. אחרי הכל, תדירות הצליל האמיתית נמדדה והתבררה כסדר גודל העולה על המחושב.
את גילוי טבעו הכפול של הרעש עשה המדען הסקוטי ג'וזף בלאק. זה קרה במאה ה -18, במהלך עבודתו באוניברסיטת אדינבורו.
מקור הרעש העיקרי בעת מים רותחים
ג'וזף בלאק היה זה שחקר לראשונה את תהליך הרתיחה וביסס את מקור הרעש הנוסף. הוא גילה שלא כל הבועות שיורדות מהקרקעית והקירות מגיעים אל פני השטח. ובתחילת תהליך הרתיחה, אף בועה לא מגיעה אל פני השטח - הם נעלמים אל עמוד המים.
התופעה כל כך מעניינת את המדען, עד שבילה כמה לילות ללא שינה בניסיון למצוא את הגורם להיעלמות הבועות. המחקר עזר למסקנה הנכונה. התשובה הייתה פשוטה - הפרש הטמפרטורות. בתחילת התנועה שלה, הבועות נמצאות בחלק החם ביותר של הכלי. לחץ האדים מאפשר להם לשמור על צורתם הכדורית.
שינוי צליל כאשר מים רותחים
כשעוברים מעלה, הבועות נופלות לשכבות הקרות יותר. הקיטור מתחיל להתעבות, הלחץ בפנים צונח. בשלב מסוים הוא כבר לא יכול להחזיק את צורתו ומתמוטט. תופעת היווצרות, הפרדה וקריסת בועות במהלך הרתיחה כונתה "cavitation". החישובים הנדרשים בוצעו, שהראו כי תדר הקול בזמן קריסה קרוב לערך של 1000 הרץ. הנתונים תואמים פרמטרים שנמדדו בניסוי. כאשר הנוזל מתחמם, הבועות מפסיקות לקרוס ורמת הרעש משתנה. תדירות הצליל יורדת בצורה ניכרת. עד מהרה, ללא יוצא מן הכלל, כל הבועות מגיעות אל פני השטח. הרעש שוכך, "גרגר" מתעורר.
לידה, הפרדה, מבעבע ופרץ בועות היא תופעה פיזית שמיליוני אנשים רואים כל יום. אבל הרתיחה קשה מכפי שנראה בהתחלה.ניתן להבחין בין שני תהליכים: חלל תנודה ונוזלים במהלך ניתוק הבועה. שניהם מפיקים צליל ייחודי, אך קל להבחין בהשפעה האקוסטית של האחת. לפי הרעש תוכלו לקבוע בקלות מתי המים בקומקום התחממו לטמפרטורה הרצויה.