物理常識(shí)參考
江蘇省泰興市宣堡鎮(zhèn)中心初中 劉樹(shù)榮
生活中大家可能都有這樣的體會(huì)：燒開(kāi)水時(shí)，水開(kāi)前響聲較水開(kāi)后響。為什么“開(kāi)水不響，響水不開(kāi)”呢？注意觀察一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)：水中沒(méi)有出現(xiàn)氣泡時(shí)，是聽(tīng)不到響聲的，而氣泡的產(chǎn)生就會(huì)伴隨著響聲的出現(xiàn)。由此可見(jiàn)，燒開(kāi)水時(shí)發(fā)出響聲與水中氣泡的產(chǎn)生是密不可分的。要揭開(kāi)“開(kāi)水不響，響水不開(kāi)”之謎就要從氣泡身上找原因。
原因之一：氣泡的產(chǎn)生過(guò)程對(duì)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(duì)空氣的溶解度及器壁對(duì)空氣的吸附量隨溫度的升高而減少。當(dāng)水被加熱時(shí)，氣泡首先在容器壁上生成。氣泡生成之后，氣泡內(nèi)部的容器壁部分實(shí)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(guò)程。由于水繼續(xù)被加熱，這個(gè)過(guò)程中不斷地向小氣泡內(nèi)蒸發(fā)水蒸汽，使泡內(nèi)的壓強(qiáng)不斷增大，結(jié)果使氣泡的體積不斷膨脹，氣泡所受的.浮力也隨之增大。當(dāng)氣泡所受的浮力大到一定程度時(shí)，便離開(kāi)器壁開(kāi)始上浮，整個(gè)過(guò)程的聲音就象往燒紅的鐵上倒水一樣，試想一下：無(wú)數(shù)個(gè)這樣的劇烈汽化響聲匯合在一起會(huì)產(chǎn)生什么樣的聲音？
響聲是由于氣泡的產(chǎn)生而出現(xiàn)的，更重要的是：沸騰后，氣泡會(huì)迅速上浮，這種劇烈汽化過(guò)程的時(shí)間要比沸騰前要短，響聲自然就小了。
原因之二：氣泡上浮過(guò)程中的變化對(duì)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(guò)程中不僅泡內(nèi)空氣壓強(qiáng)隨水溫的降低而降低，泡內(nèi)有一部分水蒸汽凝結(jié)成飽和蒸汽，壓強(qiáng)也在減小，而外界壓強(qiáng)基本不變，此時(shí)，泡外壓強(qiáng)大于內(nèi)壓強(qiáng)，于是，上浮的氣泡在上升過(guò)程中體積將縮小。在繼續(xù)加熱的過(guò)程中，氣泡產(chǎn)生和膨脹就越來(lái)越多，越來(lái)越大，但當(dāng)氣泡上升到溫度較低的地方時(shí)，氣泡中的水蒸氣又要凝結(jié)成水，體積又逐漸地減小。那么在這樣的過(guò)程中，隨著溫度的升高，氣泡的體積一會(huì)兒膨脹一會(huì)兒縮小，又不斷的上浮，在水的中、上部會(huì)產(chǎn)生一種振動(dòng)，當(dāng)水溫接近沸點(diǎn)時(shí)，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(chǎn)生較大的響聲。
在水的溫度達(dá)到沸騰的溫度時(shí)，由于對(duì)流和氣泡不斷地將熱能帶至中、上層，使整個(gè)容器的水溫趨于一致。水的內(nèi)部急劇汽化，氣泡內(nèi)水蒸氣達(dá)到飽和，密度大氣壓高，在上升過(guò)程中其體積不僅不會(huì)縮小，而且還繼續(xù)增大。這時(shí)氣泡所受的浮力也在它上升過(guò)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(shí)氣泡上升至水面破裂，對(duì)水的振蕩減弱，響聲自然也就小了。
由此可見(jiàn)，“開(kāi)水不響，響水不開(kāi)”是很有物理道理的。
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