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为什么水开之前会发出响声,水开之后便没有了呢?

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生活中,我们在烧开水时,总注意到一个奇怪的现象。水在烧开之前,会发出很明显的响声,在水烧开之后却不响了。这是为什么呢,你是否了解这背后的科学原理?

水壶在盛凉水之前,壶壁上是有一层空气的,盛上水之后,由于水挤压这层空气层,因而壶壁上便产生了无数的小气泡。也许你会问,那为什么这些小气泡没有漂浮起来呢?这是因为吸附力大于气泡受到的浮力,所以这些小气泡便继续吸附在壶壁上。

下面我们再讲解一下加热过程中,水壶里面所发生的一些现象。

大家都知道,水的沸点是100摄氏度。因此,我们必须要给水壶加热,水温的升高也是一个逐渐的过程。在盛上水之后,壶壁上便有了一层小气泡。当水壶刚开始加热时,由于水壶的底部靠近热源因此温度也会相比水壶其他地方的要高一些。这样就会使得靠近热源附近的过热水层不断向小气泡内加入水蒸汽,这样便使得小气泡内部压强便大,小气泡也会逐渐变大,进而浮力也变大。当气泡所受浮力大于其与容器壁之间的吸附力时,气泡便开始上浮。

随着水壶的继续加热,温度也会逐渐向水壶其它地方传导(由开始的壶底温度向其它地方扩散)。水壶不同深度的水层,温度也不相同。越往下面靠近热源的水层温度越高,而水壶最上面的温度也就最低。上一段讲到的气泡便开始上浮,由于上面的水温越来越低,小气泡内的部分水蒸汽会遇冷凝结成饱和蒸汽,这又造成气泡内压强迅速减小。这时候,气泡内外的压强就又发生变化了。当气泡外面的压强大于气泡里面的压强时,上浮的气泡就会迅速变小甚至是破裂。水温越接近沸点时,气泡越多。它们不断地上浮、然后又缩小、破裂。这个过程便会使得水壶内处于的振动状态,进而又引起了空气的振动,也就是明显的响声。

随着继续加热,水温的继续升高,温度也逐渐传导给水壶的各个部分,这就使得容器内各水层的温度基本趋于稳定。尤其是在接近沸点的时候,更是如此。这样便使得上浮中的气泡不会再遇冷凝结,气泡的大小不会再发生变化,气泡外部的水压也在逐渐减小,这些气泡最终会迅速膨胀和上浮,直至水面破裂,释放出内部的空气和蒸汽。这时,水便烧开了。这时候,所形成的响声明显不如没有烧开时。

同等质量的水,不同功率的热源,其水没开时的响声大小,以及时间长短也会不同。热源功率大的,便会造成水温的急剧上升,会引起水中气泡急剧的变化。因此,响声也会很响,这种响声所持续的时间也会很短。热源功率小的,便会与之相反。如果不信,感兴趣的可以在留心观察一下,用火灶柴火烧水和电热水壶烧水时的响声情况,便知道了。另外,不同材质的壶,也会引起这种变化。

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