Как вода закипает в микроволновке - интересное исследование

Многие замечали, когда вода нагревается на плите на ее дне начинают появляться мелкие пузырьки — это первый признак приближения кипения. С повышением температуры пузырьки постепенно увеличиваются, и вскоре вода закипает, что свидетельствует о достижении температуры 100 °C.

Об этом сообщает портал Live Science.

Тем, кто нагревает воду в микроволновой печи, часто бросается в глаза, что в ней не образуются пузырьки. В отличие от обычного кипячения, при таком нагреве вода остаётся внешне спокойной, поскольку процесс происходит без появления характерных пузырьков.

По словам экспертов в области динамики жидкостей, при нагревании воды над источником тепла на наноуровне постоянно возникают и исчезают мельчайшие пузырьки. Однако температура, при которой начинают формироваться видимые пузырьки, нередко оказывается значительно выше стандартной точки кипения воды.

Как поясняет специалист по динамике жидкостей Политехнического университета Вирджинии Джонатан Борейко, температура кипения — это порог, после которого молекулам воды энергетически выгоднее существовать в виде пара, а не жидкости. При превышении 100 °C внутренняя энергия, или химический потенциал, у водяного пара становится ниже, чем у жидкости, что делает газообразное состояние более устойчивым.

Однако для того чтобы вода действительно закипела, необходимо сформировать пузырёк, а этот процесс требует затрат энергии. Поэтому, как отмечает Борейко, даже если молекулам выгоднее находиться в парообразном состоянии, это не гарантирует начало кипения.

Температура, при которой вода реально закипает, представляет собой своего рода баланс между энергией, выигрываемой при переходе в газовую фазу, и энергией, необходимой для образования пузырька.

Ученые подчёркивают, что пузырёк — это не просто скопление газа, а граница, разделяющая жидкость и пар. Подобно другим поверхностям раздела между жидкими средами, эта граница подвержена действию поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение — это сила, которая постоянно стремится сократить границу между жидкостью и газом до минимально возможной площади. Чтобы пузырёк оставался стабильным, в нём должно быть достаточно газа, чтобы запасённая внутренняя энергия превышала энергию, затрачиваемую на преодоление поверхностного натяжения. Именно поэтому более крупные пузырьки оказываются устойчивее мелких.

Как объясняет Борейко, проще говоря, поверхностное натяжение — это количество энергии, необходимое для поддержания каждой единицы площади поверхности. У очень маленьких пузырьков отношение площади поверхности к объёму велико, а у крупных — наоборот, меньше.

Следовательно, чем больше пузырек, тем больше его объём и тем легче ему компенсировать энергетические потери, вызванные поверхностным натяжением.

В микроволновой печи создаются особые условия нагрева, которые практически полностью подавляют образование пузырьков, позволяя воде перегреваться до 20 °C выше нормы. Электромагнитные волны прогревают жидкость равномерно по всему объёму, в отличие от нагрева на плите, где основная температура сосредоточена у дна посуды.

Кроме того, посуда для микроволновок обычно изготавливается из гладких материалов, таких как стекло, что препятствует возникновению микроскопически-х неровностей и горячих точек, необходимых для зарождения пузырьков.

В итоге в перегретой воде накапливается избыток химической потенциальной энергии, который при малейшем возмущении высвобождается мгновенно, вызывая образование крупного взрывного пузыря. Именно поэтому нагрев воды в микроволновке может быть опасен.

Ранее "Курсор" писал, что старший научный сотрудник Туфтского университета Роджер Филдинг утверждает, что нет научных доказательств того, что специальные виды воды имеют какие-либо метаболические преимущества по сравнению с обычной питьевой.