Лёг спать вчера страшно расстроенный своей неспособностью объяснить странное явление. Ведь очевидно же, что не сила поверхностного натяжения воды, масла или границы между ними, удерживает воду от нормального закипания!
Тогда ЧТО?
От этого мысленного царапания, наверно, проснуля 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 вода 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.