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为什么“响水不开、开水不响”?

大家在用水壶烧水时,想必都注意到一个现象:随着温度的上升,水中会发出“嗡嗡”的响声,而且越来越大;但到接近沸腾时,响声却转而变小;而沸腾后水中冒出大量气泡发出“噗噗”声,与之前的响声又有所不同。很多人或许会把一开始的响声当成是水开了,拿起来才发现原来只是温水。

在烧水时,加热处通常位于壶底,因而会形成下热上冷的温度差。随着温度的升高,空气在水中的溶解度降低,变为气体析出。这些小气泡会逐渐变大,由于浮力和对流离开底部,向上运动到较冷的水体中。较冷的水体会挤压气泡,使之逐渐变小、分裂最后溃灭。在溃灭时,周围的水体向中心涌去,会形成压力波并产生噪声。这一系列现象被称为“空化”(cavitation),也经常出现于在流体中高速运动的机械装置如螺旋桨附近,在工程领域有重要的研究意义。

随着继续加热,壶底局部会出现一些温度超过100℃的地方,水蒸气也加入到气泡的形成中。这让气泡变多,空化产生的响声也进一步加强。但随着水体通过对流升温,当整体温度趋于100℃时,这些气泡不再于水体中缩小、溃灭,而是能够运动到表面弹出,也就不再发出响声了。直到沸腾后,水中形成大量水蒸气气泡,在表面破裂时发出熟悉的“噗噗”声,这才是水开了的真正标志。


来源:《科学世界》2020年第12期

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