Взрывающаяся вода. Разгадка
Тогда ЧТО?
От этого мысленного царапания, наверно, проснулся в полпятого и, совершив несколько неумелых попыток снова уснуть, решил с пользой провести бессонное время.
И тут, как на тарелочке с голубой каёмочкой, ИНТУИЦИЯ подала мне решение, хотя, более, чем странно выглядящее. Вспомнил, что в последней заметке начал разговор, не осознав смысла и связи с водой, с взрывающегося стекла и объяснения этого феномена.
Первая Ухваченная Ведущая Шестерня:
Вода в этом опыте ведёт себя как ТВЁРДОЕ ТЕЛО! Стекло!
(А ведь, согласно физике, это – переохлаждённая жидкость чрезвычайно высокой вязкости).
Вторая Ухваченная Ведущая Шестерня:
При каких условиях вода с комнатной температурой может вести себя как твёрдое тело?
Ответ: В процессах, протекающих очень быстро, так, что вода просто «НЕ успевает» проявить своей текучести.
Самолёт, упавший на поверхность воды с большой скоростью РАЗБИВАЕТСЯ о неё, как о твёрдый грунт или даже бетон!
Вопрос: Что это за быстрый процесс?
Ответ с маленьким предисловием. Каждый, кто кипятил воду в чайнике, замечал, что за несколько минут до начала кипения, вода в чайнике начинает «петь», то есть слышны некие жужжаще-свистящие «тоненькие» звуки..
Что это такое?
Кавитация.
Внутри закипающей, но ещё не нагретой до кипения воды, во многих местах, обычно у подогреваемого дна чайника, возникают полости насыщенного пара. Но, поскольку вода ещё недостаточно нагрета, а давление насыщенного пара НЕ ЗАВИСИТ ОТ ОБЪЁМА, а только от температуры, эти полости схлопываются окружающей водой. Раздаётся микрохлопок от смыкания полости и столкновения водяных стенок друг с другом.
КАВИТАЦИЯ.
Много таких, на мгновение пояляющихся и схлопывающихся, полостей и создают этот шум. А чайник, как резонатор, их усиливает.
Почему схлопываются?
Дело не в гравитационном давлении воды над пузырьком-полостью. Причина другая и гораздо более мощная – ключик к «твердотельности» воды:
Молекулярные силы сцепления в воде очень велики. Оказывается, если, предотвратив испарение воды с поверхности и подвергнув её обезгаживанию, пытаться РАЗОРВАТЬ водяной столб, для этого потребуется очень большая сила. Частички воды, несмотря на её «текучесть», сцеплены друг с другом весьма прочно. (Это один из парадоксов воды, который объяснил английский физик Фаулер – текучесть при огромных силах сцепления молекул! Молекулы воды образуют пространственные структуры пентагон-додекаэдры, которые СКОЛЬЗЯТ друг по другу и ЭТИМ обусловлена текучесть воды, несмотря на силы сцепления).
Вот эти силы молекулярного сцепления И ЗАХЛОПЫВАЮТ полости с насыщенным паром в чайнике.
Итак, возвращаемся к нашему «взрыву». Масло на поверхности воды НЕ даёт насыщенному пару свободно испаряться. Из-за этого толще воды появляется множество микроцентров закипания-внутреннего давления, которые «пытаются» разоравть прочную связь молекул воды друг с другом. При обычных условиях пузырьки образуются, растут, поднимаются вверх и выпускаю пар наружу. Но тут малсянная плёнка не позволяет процессу развиваться, а «концентрирует», удерживает насыщенный пар внутри толщи воды. Неиспаряющийся насыщенный пар создаёт во всём объёме воды внутреннее давление (как расширяющиеся центры нагрева в упомянутом стекле!).
Наконец, давление множественных центров насыщенного пара превосходит силы сцепления молекул воды и вода мгновенно вскипает ПО ВСЕМУ ОБЪЁМУ.
ВЗРЫВ!
Такое объяснение пришло в голову во время бессонницы.
Faciant meliora potentes!
27 IX 2023
P.S. Сейчас подумалось, что следует детализовать объяснение.
Масло на поверхности воды играет лишь одну роль и важнейшую: Не даёт воде испаряться в вакуум камеры.
Но взрывной характер вскипания обусловлен тем, что ВАКУУМ в камере ОСЛАБЛЯЛ силы молекулярного сцепления воды. То есть образовавшие во всём объёме воды микропузырьки насыщенного пара ПЕРЕСТАЛИ схлопываться (раздавливаться) силами молекулярного сцепления воды и возникло сразу огромное количество растущих в объёме пузырьков. То есть ВЗРЫВ.
Свидетельство о публикации №123092705107