生活中大家可能都有這樣的體會：燒開水時,水開前響聲較水開后響.為什么“開水不響,響水不開”呢?注意觀察一下就會發(fā)現(xiàn)：水中沒有出現(xiàn)氣泡時,是聽不到響聲的,而氣泡的產生就會伴隨著響聲的出現(xiàn).由此可見,燒開水時發(fā)出響聲與水中氣泡的產生是密不可分的.要揭開“開水不響,響水不開”之謎就要從氣泡身上找原因.
原因之一：氣泡的產生過程對響聲大小的影響
水中溶有少量空氣,容器壁的表面小空穴中也吸附著空氣,這些小氣泡起氣化核的作用.水對空氣的溶解度及器壁對空氣的吸附量隨溫度的升高而減少.當水被加熱時,氣泡首先在容器壁上生成.氣泡生成之后,氣泡內部的容器壁部分實際上是處于“干燒”狀態(tài),而氣泡邊緣與干燒部分之間處于激烈的汽化過程.由于水繼續(xù)被加熱,這個過程中不斷地向小氣泡內蒸發(fā)水蒸汽,使泡內的壓強不斷增大,結果使氣泡的體積不斷膨脹,氣泡所受的浮力也隨之增大.當氣泡所受的浮力大到一定程度時,便離開器壁開始上浮,整個過程的聲音就象往燒紅的鐵上倒水一樣,試想一下：無數(shù)個這樣的劇烈汽化響聲匯合在一起會產生什么樣的聲音?
響聲是由于氣泡的產生而出現(xiàn)的,更重要的是：沸騰后,氣泡會迅速上浮,這種劇烈汽化過程的時間要比沸騰前要短,響聲自然就小了.
原因之二：氣泡上浮過程中的變化對響聲大小的影響
在沸騰前,容器里各水層的溫度不同,容器壁附近水層的溫度較高,水面附近的溫度較低.氣泡在上升過程中不僅泡內空氣壓強隨水溫的降低而降低,泡內有一部分水蒸汽凝結成飽和蒸汽,壓強也在減小,而外界壓強基本不變,此時,泡外壓強大于內壓強,于是,上浮的氣泡在上升過程中體積將縮小.在繼續(xù)加熱的過程中,氣泡產生和膨脹就越來越多,越來越大,但當氣泡上升到溫度較低的地方時,氣泡中的水蒸氣又要凝結成水,體積又逐漸地減小.那么在這樣的過程中,隨著溫度的升高,氣泡的體積一會兒膨脹一會兒縮小,又不斷的上浮,在水的中、上部會產生一種振動,當水溫接近沸點時,有大量的氣泡涌現(xiàn),接連不斷地上升,并迅速地由大變小,使水劇烈振蕩,產生較大的響聲.
在水的溫度達到沸騰的溫度時,由于對流和氣泡不斷地將熱能帶至中、上層,使整個容器的水溫趨于一致.水的內部急劇汽化,氣泡內水蒸氣達到飽和,密度大氣壓高,在上升過程中其體積不僅不會縮小,而且還繼續(xù)增大.這時氣泡所受的浮力也在它上升過程中增大,氣泡就由底部一直上升到表面而破裂,放出水蒸氣和空氣.由于此時氣泡上升至水面破裂,對水的振蕩減弱,響聲自然也就小了.
由此可見,“開水不響,響水不開”是很有物理道理的.