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電子レンジ以外で沸騰したお湯に泡が出るのはなぜですか?

ストーブの上で水の入ったポットが加熱されるのを待っているとき、小さな泡が沸騰の準備ができている最初の兆候です。水が熱くなると泡は大きくなり、水が華氏 212 度 (摂氏 100 度) に達すると沸騰が始まります。それともそうですか？電子レンジで水を沸騰させた人なら誰でも、泡が入っていないことに気づくでしょう。では、なぜ電子レンジ以外で沸騰したお湯に泡ができるのでしょうか？流体力学によれば、水がストーブなどの熱源で加熱されると、ナノスケールの泡が常に発生し、崩壊します。しかし、 顕著な泡が形成され始める温度は、紙の上での水の沸点よりもはるかに高い場合があります。 あなたは好きかもしれません 「沸点とは、その温度を超えると、分子は液体であるよりも蒸気である方が幸せであることを意味します。」 ジョナサン・ボレイコ、バージニア工科大学の流体力学研究者。 212 °F を超えると、化学ポテンシャルとして知られる水分子の固有エネルギーが液体よりも気体の方が低くなり、蒸気が最も安定した形態になります。「しかし、実際に沸騰を実行するには、泡を発生させる必要があり、それにはエネルギーコストがかかります」とボレイコ氏は > に語った。 「ですから、蒸気であるほうが幸せだからといって、うまく沸騰できるわけではありません。」ニュースレターに登録する したがって、水が実際に沸騰する温度は、気体になることで節約される化学位置エネルギーと、泡を形成するために費やされるエネルギーとのトレードオフになります。重要なことは、気泡は単なる気体の塊ではなく、気相と液相の間の界面でもあるということです。そして、すべての液体界面と同様に、この表面は表面張力の影響を受けます。表面張力は、気液境界を可能な限り最小の面積に常に縮めようとする力です。泡の場合、これは完全に崩壊して均一な液体に戻ることを意味します。したがって、安定した気泡には、化学ポテンシャルエネルギーの節約が界面の表面張力よりも大きくなり、大きな気泡がより安定になるように十分なガスが含まれている必要があります。「表面張力は基本的に面積あたりのエネルギーコストです」とボレイコ氏は言う。 「本当に小さな気泡は体積に対する表面積の比が非常に大きくなりますが、大きな気泡は体積に比べて面積が小さくなります。大きくなるほど体積が支配的となり、表面張力のコストを上回ります。」その結果、水は 212 F を少し超えるまで沸騰しないことがよくあります。これは過熱として知られる現象です。沸点は、気体が液体よりも安定になる温度を示し、余分な温度は、十分に大きな泡を生成するのに必要な活性化エネルギーに対応します。 あなたは好きかもしれません ただし、泡の発生しやすさにはさまざまな要因が影響します。 ミルコ・ガロローマ・サピエンツァ大学の流体力学研究者はLive Scienceに語った。「溶解ガス、水中の不純物、容器の表面はすべて、気泡形成のエネルギー障壁を低下させる可能性があります」とガロ氏は説明した。バルク液体内のこれらの不規則性は、気泡が形成される周囲に明確な核形成点を提供し、完全に球形の気泡を形成する際の表面張力のペナルティを軽減します。「端で気泡を形成すると、それは球の半分にすぎないため、表面積が小さくなり、必要なエネルギーも少なくなります。」と彼は付け加えた。だから最初の泡は必ず鍋の境目から出始めます。電子レンジで水を沸騰させる逆に、電子レンジでは、異常な加熱条件により泡の発生が効果的に抑制されるため、水を最大 36 F (20 C) まで過熱することができます。「電磁波は体積全体に浸透して水分子を励起するので、水を非常に速く均一に加熱します。一方、コンロの上では鍋の底壁が最も熱くなります」とボレイコ氏は説明した。 「あなたもその傾向があります [heat up things in a microwave]…