Почему чайник шумит, нагреваясь
Замечали ли вы когда-нибудь, что электрический чайник очень сильно шумит во время работы? Конечно, замечали, ведь не заметить это невозможно. Не исключено, что вы даже задавались вопросом, из-за чего это происходит.
При этом, когда вода почти закипела, звук становится тише, чем через несколько секунд после включения. Этому есть очень логичное объяснение, как и тому, почему чайник на плите работает иначе и шуметь начинает только тогда, когда вода уже почти закипела.
В первую очередь, давайте определимся с тем, чем электрический чайник отличается от обычного, которым еще наши бабушки и дедушки кипятили воду на газовой плите.
В основе электрического чайника лежит нагревательный элемент. Он располагается на дне самого чайника и нагревается за счет подключения прибора к электрической сети. На заре появления электрических чайников нагревательный элемент имел разную форму. Долгое время использовался вариант, похожий на кипятильник. Он имел форму спирали и неплохо справлялся со своими задачами. Потом пришло время плоского нагревательного элемента, и многое поменялось. Конструкция упростилась, а вода стала нагреваться быстрее. Тут и кроется первая и основная причина шума во время кипячения.
Современные чайники имеют мощность несколько киловатт, чтобы от того времени, как мы захотим чашечку горячего чая, до того момента, как мы ее получим, прошло как можно меньше времени. Выше было сказано, что нагревательный элемент находится внизу, а это означает, что нагрев воды происходит неравномерно. То есть, когда вода, находящаяся в нижней части ёмкости, уже вступила в контакт с раскаленной поверхностью, верхняя еще остается холодной.
В этот момент газ, находящийся в воде, начинает расширяться и превращаться в пузырьки воздуха. Эти пузырьки начинают подниматься вверх. Когда они достигают холодного слоя, то начинают схлопываться за счет снижения температуры газа в более холодной жидкой среде.
В этот момент пузырек и производит небольшой шум. Когда таких пузырьков много, едва слышный хлопок превращается в шипение, а потом в гул, которые и сопровождает кипение чайника. Чуть позже этот звук переходит в более громкие хлопки, которых становится много, но, при этом, они становятся тише.
В этот момент вода начинает закипать полностью, и пузырьки доходят от дна до самой поверхности, заставляя воду бурлить. Через какое-то время чайник выключается, и мы можем воспользоваться кипятком.
Теоретически, избежать шипения во время работы чайника возможно. Для этого надо помешивать воду, чтобы она прогревалась более равномерно и не было тех самых пузырьков, которые схлопываются, поднимаясь наверх. Только, если захотите это попробовать, будьте осторожны. Пар очень горячий, а прибор подключен к розетке.
Еще одним способом избавиться от шума будет выбор менее мощного чайника или выбор более слабого режима нагрева, если ваша модель это позволяет.
Также можно заметить, что чайник на плите так сильно не шумит и основной звук начинается в тот момент, когда вода уже кипит. В этот же момент из-за расширения газа начинает издавать звук свисток, расположенный на корпусе (если он есть). Связано это как раз с тем, что вода в чайнике на плите нагревается медленнее. И не производит ситуаций, когда часть воды уже кипит, а часть еще остается холодной.
Почему выключенная техника иногда трещит
Прежде чем понять природу этих странных звуков, следует разобраться, из каких материалов создается бытовая техника, которая обычно «трещит». Как правило, это металл и различные виды пластика. Как и большая часть материалов, металл и пластик при нагревании расширяются.
В процессе работы бытовой техники нагрев происходит постоянно, и причина его — в эффекте Джоуля-Ленца. Он заключается в том, что при прохождении электрического тока по проводам, часть его энергии выделяется в виде тепла в окружающую среду. При этом, чем выше сила тока, время работы прибора и сопротивление проводов, тем суммарно больше тепла выделяется.
Эффект Джоуля-Ленца как раз лежит в основе принципа работы обычного электрического чайника. При прохождении тока через металлическую спираль, сделанную из металла с высоким удельным сопротивлением, происходит выделение большого количества тепла, благодаря которому вода и нагревается. Поэтому чаще всего «щелкает» именно чайник.
При работе электроприборов так или иначе нагревается большая часть их элементов. Металл и пластик расширяются и сжимаются с разной скоростью, в результате чего некоторые детали начинают давить друг на друга или, наоборот, выходить из своих пазов. Но обычно линейные размеры элементов при нагревании бытовых приборов меняются очень слабо, поэтому никакой опасности для всей конструкции это не несет. При создании внутренних напряжений в материалах мы и слышим характерный треск.
Как правило, нагревание происходит более плавно, чем охлаждение, поэтому чаще всего треск мы слышим уже после выключения прибора, когда элементы внутри него начинают сжиматься.
Почему чайник шумит перед закипанием? Причины, фото и видео
Интересно
Ежедневно на сотнях миллионов кухонь по всему миру несколько раз в сутки кипит вода. И каждый человек хоть раз в жизни задавался вопросом: «почему перед закипанием возникает шум?». Кто-то сразу вспоминает школьную программу и в памяти всплывает необычное слово «кавитация».
«Какие-то пузырьки лопаются – поэтому и шум», – услужливо подсказывает подсознание. Но точный ход процесса мало кто помнит. И, тем более, мало кто знает, что шум создают одновременно два явления.
Что такое кипение?
Что такое кипение? Есть четкое определение: «Кипение – парообразование, которое происходит одновременно во всем объеме жидкости». Для запуска процесса обязательно соблюдение следующих условий:
- Наличие центров парообразования;
- Постоянный подвод тепла;
Достижение жидкостью определенной температуры, называемой температурой кипения.
Почему в кипящей воде образуются пузырьки пара?
Почему в кипящей воде образуются пузырьки пара?
Центры парообразования, вокруг которых начинают появляться пузырьки – это мелкие трещинки, жирные пятна, твёрдые частицы – пылинки. Они задерживают небольшие объемы воздуха, а жидкость запирает воздух до начала кипения. Также в воде содержатся растворенные газы: кислород, азот, углекислый газ. Связи между молекулами газа и молекулами воды слабые и при нагревании быстро рушатся. Когда растворенный газ высвобождается, то давление воды заставляет его принять наиболее энергоэффективную – сферическую форму. Получаются пузырьки.
После выделения газа, высокая температура приступает к разделению молекул жидкости. Образовывается пар, который выделяется внутрь уже сформированных пузырьков. Так начинается процесс кипения.
Причины шума при закипании
Процесс закипания воды
Первые признаки кипения можно наблюдать у дна чайника – там наибольшая температура, именно там появляются первые пузырьки. Каждый из них содержит газ и насыщенный пар. Пока пузырек маленький, он удерживается силами поверхностного натяжения. Затем быстро движущиеся молекулы воды, которые образуют пар, накапливаются внутри пузырька и он начинает увеличиваться. Отрыв происходит в тот момент, когда сила Архимеда, выталкивающая пузырек, становится больше сил натяжения, удерживающих его. Пузырек освобождается и устремляется к поверхности
Отрыв вызывает колебания жидкости. Именно эти колебания являются первой причиной шума при кипении. Можно оценить частоту получаемого звука. Она обратно пропорциональна времени, которое требуется пузырьку, чтобы оторваться от дна. Время же характеризует силу колебания, вызываемого отрывом.
Расчёты показали, что среднее время отрыва порядка 0,01 секунды, а значит частота звука около 100 Гц. Именно эти данные позволили ученым понять, что существует какая-то ещё причина шума при кипении чайника. Ведь реальная частота звука была измерена и оказалась на порядок больше рассчитанной.
Основной источник шума при закипании воды
Именно Джозеф Блэк первым исследовал процесс кипения и установил источник дополнительного шума. Он обнаружил, что не все пузырьки отрываясь от дна и стенок достигают поверхности. А в самом начале процесса закипания ни один пузырек не достигает поверхности – они пропадают в толще воды.
Явление так заинтересовало ученого, что он провел несколько бессонных ночей, пытаясь обнаружить причину исчезновения пузырьков. Исследования помогли сделать правильный вывод. Ответ оказался прост – разница температур. В начале своего движения пузырьки находятся в самой горячей части сосуда. Давление насыщенных паров позволяет им сохранять сферическую форму.
Изменение звука при кипячении воды
При движении вверх, пузырьки попадают в более холодные слои. Пар начинает конденсироваться, давление внутри падает. В какой-то момент он больше не может удерживать форму и схлопывается. Явление образования, отрыва и схлопывания пузырьков во время кипения назвали «кавитация». Были проведены необходимые расчёты, которые показали – частота звука при схлопывании близка к значению 1000 Гц. Данные соответствуют экспериментально измеренным параметрам. По мере нагрева жидкости, пузырьки перестают схлопываться и уровень шума меняется. Частота звука заметно понижается. Вскоре, уже все без исключения пузырьки достигают поверхности. Шум стихает, возникает «бульканье».
Рождение, отрыв, всплытие и лопанье пузырьков – физическое явление, которое каждый день видят миллионы людей. Но кипение сложнее, чем кажется поначалу. Можно выделить два процесса: кавитацию и колебание жидкости во время отрыва пузырька. Характерный звук вызывают оба, но акустический эффект одного легко отличить от другого. По шуму можно без труда определить, когда вода в чайнике нагрелась до нужной температуры.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.