广东
科学原理一点通:开水不响,响水不开
来源: 新华网    时间: 2019-01-03 14:44

  生活中,我们烧开水时经常会遇到这种情况,听到水壶已经发出呼啦啦的响声时,你连忙提醒爸爸妈妈去关火,他们却说:“别急,水还没开呢。”

  通常,在水快要沸腾时,发出连续的响声,音调很高;另一种是水沸腾时,发出的“噗、噗、噗”的断续响声,音调比前者柔和很多。人们根据这些得出了“响水不开,开水不响”这个结论。为什么水烧开时响声的音调不高,快烧开时响声的音调却很高呢?这里面到底蕴含着什么科学道理呢?

  原来,当把水加热时,由于容器中水的温度受热不均匀,导致水的密度不同。底部水温较高的水,它的密度高于上部水温较低的水的密度,使容器中的水形成上、下对流循环,这种对流循环将产生摩擦,带动水的振动,并且带动容器共振,导致振动声响变大。其次,我们都知道当水壶中的水达到一定温度时,容器底部和器壁会出现一些小气泡,这种小气泡是由吸附在容器壁和溶在水中的空气形成的。气泡中除了一定量的空气外,还有因受热而产生的饱和水汽。当温度继续升高时,向气泡内蒸发的水汽就逐渐增多,气泡内的压强也就增大,导致小气泡逐渐膨胀,在浮力作用下由底部上升。上面的水温度较低,气泡内部分水汽又凝结成水,内部压强减小,气泡体积又逐渐缩小。继续加热,原来温度较低的水温度升高,气泡再次臌胀上升,升到一定的温度时,气泡中的部分水汽又要凝结成水,体积又缩小。所以,在加热烧水过程中,随着温度的逐渐升高,气泡体积一会儿臌胀,一会儿缩小,不断上浮,发生振动。当这种振动的频率与容器的频率(固有频率)相同时,就会产生共振现象。这就是为什么我们听到了“轰轰轰”的响声,但水却没有开,即所谓的“响水不开”。

  当水被烧开达到沸点后,由于水的对流和热气泡不断地向上运动,使得水的下、中、上层的水温趋于一致,水壶里各部位的水温均达到100℃,它就不会再产生对流循环、摩擦以及它的振动会逐渐变小。水沸腾时,从容器的底部产生的大量水蒸气不断涌出水面,在这个过程中水蒸汽与水之间也会有一定的摩擦,但这种摩擦不大,气泡与容器的共振现象也相对较小,只能听到“嘶嘶嘶”的声响。还有一种情况是在水沸腾时,会发出“叭叭叭”的声响。这种现象是因为水沸腾时,气泡内的压力大于气泡外的压力,气泡迅速膨胀,加速上浮,直至水面破裂释放出蒸汽和空气。随着大量气泡破裂,气压增大冲击到水壶盖,使水壶盖被弹起,释放部分气体后落下,这样的周而复始,就形成了“叭叭叭”的声音。这就是“开水不响”的道理。

  小小的烧水壶里面却蕴含着这么多科学原理。其实生活处处都有科学,这就需要我们仔细观察生活,留意生活中的点滴,用科学解答生活中的“奇特”现象。作者: 齐月园

本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创,转载时务请注明出处。

(责任编辑:魏晓航)
010070260010000000000000011111581123942362