俗語有云：“響水不開，開水不響”，這是一個(gè)大家都感受深刻的現(xiàn)象——在水快要燒開前，容器內(nèi)總是會(huì)發(fā)出明顯的響聲，以前的鐵壺更是猶如鳴笛一般，但在水燒開之后卻會(huì)安靜得多。這早已被人們視為理所當(dāng)然的事情，但你又是否了解其背后的科學(xué)原理呢？
要明白為什么會(huì)“響水不開，開水不響”，我們首先需要知道兩個(gè)簡(jiǎn)單的物理學(xué)常識(shí)：1. 空氣在水中的溶解度是隨著水溫的上升而下降的，也就是說，水溫越高其所能溶解的空氣就越少；2. 水越深壓強(qiáng)越大，反之亦然。需要加熱的水本身就含有一定量的空氣，并且由于容器內(nèi)壁表面并非完全光滑，也會(huì)吸附有少量空氣。在燒水過程中，這些空氣變成氣泡后的不同情形導(dǎo)致了響或不響的不同結(jié)果。
通常情況下，水的沸點(diǎn)是100攝氏度，要將其燒開需要吸收足夠的熱量，水溫的升高是一個(gè)漸變的過程?？拷鼰嵩吹娜萜鞯撞繙囟葻o疑會(huì)更高，因此在燒水時(shí)會(huì)首先在受熱面的容器壁上形成許多小氣泡。生成氣泡后，受熱面附近的過熱水層會(huì)不斷向小氣泡內(nèi)加入水蒸氣，導(dǎo)致其內(nèi)部壓強(qiáng)增加、體積膨脹、所受浮力增大，當(dāng)氣泡所受浮力大于其與容器壁之間的附著力時(shí)就會(huì)開始上浮。
在水沸騰之前，容器內(nèi)不同深度的水層溫度并不相同，越靠近受熱面附近的水層溫度越高，反之越低。氣泡在上浮過程中，由于水溫會(huì)越來越低，再加上泡內(nèi)部分水蒸氣會(huì)凝結(jié)成飽和蒸汽，導(dǎo)致氣泡內(nèi)壓強(qiáng)迅速減小，盡管外部水壓也會(huì)有所減小，但總體來說仍以前者的減小速度更快。因此，當(dāng)氣泡外壓強(qiáng)大于氣泡內(nèi)壓強(qiáng)時(shí)，上浮的氣泡在抵達(dá)水面前就會(huì)迅速變小和破裂。水溫越接近沸點(diǎn)，這種現(xiàn)象就越明顯。大量氣泡的形成、上浮、然后又縮小破裂的過程使得水內(nèi)劇烈振蕩，發(fā)出響聲，形成了“響水不開”的現(xiàn)象。
隨著對(duì)水的繼續(xù)加熱，以及對(duì)流和氣泡的熱傳遞作用，使得容器內(nèi)各水層的溫度基本趨于穩(wěn)定。這樣，當(dāng)氣泡脫離容器壁上浮時(shí)，其內(nèi)部的飽和蒸氣就不會(huì)再凝結(jié)，同時(shí)外部水壓也在減小，整體結(jié)果是氣泡外壓強(qiáng)不會(huì)大于氣泡內(nèi)壓強(qiáng)，最終使得氣泡能夠迅速膨脹和上浮，直到接觸水面并釋放出內(nèi)部的空氣和蒸汽。這時(shí)，水開始沸騰被燒開，而因?yàn)闅馀菔窃谒娌牌屏?，所以形成的振蕩明顯減弱，便有了“開水不響”的現(xiàn)象。
根據(jù)上述原理我們可以推論，對(duì)于同等質(zhì)量的水，如果用來加熱的熱源功率越高，那么“響水”的時(shí)間就會(huì)越短、響聲也就會(huì)越大。有興趣的朋友不妨對(duì)比一下柴火灶燒水和電熱水壺?zé)畷r(shí)“響水”的動(dòng)靜和時(shí)長，就能輕松驗(yàn)證這個(gè)小推論了。
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