Was ist der Grund für dieses Geräuschmuster bei Wasserkochern?

Hier ist die Antwort. Hintergrund: In der Bodenfläche des Kessels befinden sich viele mikroskopisch kleine Poren, Risse und Spalten. Viele von ihnen behalten extrem kleine Mengen an Luft, nachdem der Wasserkocher mit Wasser gefüllt wurde. Diese luftbeladenen Poren dienen als Keimbildungsorte, an denen der Siedeprozess zuerst ausgelöst wird.

Wenn sich das Wasser erwärmt, werden Sie zuerst feststellen, dass Luftblasen an den Stellen der Poren wachsen. dies liegt daran, dass in Wasser gelöste Luft in heißem Wasser weniger löslich ist als in kaltem, und die bereits in den Poren vorhandene Luft bereits vorhandene Stellen liefert, an denen die Luft leicht aus der Lösung austreten kann. (Wenn das Wasser heißer wird, lösen sich einige dieser Blasen vom Boden des Wasserkochers und steigen an die Oberfläche, nur um an den frei gewordenen Poren durch neues Blasenwachstum ersetzt zu werden.) Während dieses Vorgangs wird kein Geräusch erzeugt.

Beachten Sie nun, dass, obwohl im Wasserkocher eine gewisse konvektive Wärmeübertragung auftritt, die Bodenfläche dort ist, wo sich das Heizelement befindet, und dass in diesem Stadium das Wasser daneben heißer ist als der Rest der Masse, und dass dieser Zustand tatsächlich unterstützt wird durch das Vorhandensein der Blasen, die dazu neigen, die Masse von dem Wasser zu isolieren, das dem Kesselboden am nächsten liegt.

Währenddessen reichert sich die Luft in den Spalten mit Wasserdampf an, während gleichzeitig die Temperatur des Wassers ansteigt, und schließlich ist der Luftexsolvationsprozess abgeschlossen und die Poren sind jetzt hauptsächlich mit Wasserdampf und etwas Luft gefüllt. und die meisten festsitzenden Luftblasen haben sich gelöst und sind weggeschwemmt.

Jede der dampfgefüllten Poren kann als Spalte mit einer Öffnung modelliert werden, die einen Meniskus enthält, dessen Krümmung nach außen und damit sein Innendruck durch die Young-Laplace-Gleichung gegeben ist. Dieser Druck wird durch den Dampfdruck ausgeglichen, und wenn die Oberfläche noch heißer wird, kommt ein Punkt, an dem das Wasser in der Nähe dieses Meniskus verdampft und der Meniskus sich plötzlich aus der Mündung der Pore stülpt. Da ihr Krümmungsradius mit zunehmendem Volumen abnimmt, sinkt der zum Aufblasen der Blase erforderliche Innendruck, wenn sie wächst, und es kommt zu einer winzigen Dampfexplosion: Die Blase wächst sehr plötzlich und gibt eine Schallwelle ab, die sich in den ausbreitet Großteil des Wassers im Wasserkocher.

Dieses Wachstum kommt plötzlich zum Stillstand, sobald die Blase groß genug wird, um aus der heißen Umgebung neben dem Kesselboden herauszuragen und mit dem etwas kühleren Wasser darüber in Kontakt zu kommen. die Blase wird dann plötzlich gelöscht und kollabiert plötzlich. Wenn der sich zurückziehende Meniskus mit der Kesseloberfläche kollidiert, breitet er eine Schallwelle in den Kesselboden aus. fast sofort wiederholt sich dieser Vorgang.

Überall auf dem Kesselboden tritt dieser Mechanismus der Mikroexplosionen und Kavitationskollaps an jeder der "aktivierten" Poren auf (diejenigen, die mit Dampf / Luft-Gemisch geladen sind und Menisken mit geeigneten Radien haben), und die so erzeugten Geräusche verschmelzen zu einem zischendes Gebrüll, das Sie hören können. Je mehr Poren aktiv werden, desto lauter wird das Dröhnen und es kommt zu einem sehr kräftigen Rühren des Wassers direkt neben dem Kesselboden. dadurch vermischt sich das heiße Wasser neben dem Boden mit dem kühleren Wasser von oben und bald wird das Wasser weit vom Kesselboden genauso heiß wie das nahe dem Boden, und die kochenden Blasen werden nicht mehr durch ihr eigenes Wachstum gelöscht. das Gebrüll lässt dann nach.

Was nun passiert, ist, dass sich die kochenden Blasen stattdessen zu lösen beginnen und auf makroskopische Größe anwachsen, schnell nach oben und weg vom Kesselboden platzen und die Art des erzeugten Geräusches sich vom zischenden Dröhnen der mikroskopischen Dampfexplosionen zum vertrauten Bläschen verschiebt. Blasenrauschen, das an Lautstärke zunimmt, bis es das dominante Rauschen ist, das Sie hören.

Dieser Mechanismus erklärt die anfängliche Ruhephase, den allmählichen Aufbau von Brüll- und Zischgeräuschen, das kurze Minimum, wenn der Siedemechanismus den Modus wechselt, und die zweite blubbernde Geräuschwachstumsphase, die Sie beobachtet haben.

Meine Vorstellung: Anfangs ist das Wasser so kühl und leise, wie wir es erwartet haben. Das Wasser wird durch Wärmeleitung erwärmt, basierend auf dem direkten Kontakt mit der wärmeren Oberfläche. Nach einer Weile erreicht eine dünne Wasserschicht am Boden den Siedepunkt und es bilden sich kleine Dampfbläschen, die das von Ihnen gemessene Geräusch erzeugen. Mit der Zeit entstehen immer mehr Blasen, die jedoch ihre Form nicht halten können, weil das Wasser in den höheren Bereichen noch kalt ist, sodass sie sofort nach dem Ablösen vom Boden zusammenfallen. Dieser Vorgang wird immer intensiver, bis es den Blasen im Boden gelingt, eine mehr oder weniger zusammenhängende Schicht zu bilden. An dieser Stelle wird die Wärmeübertragung durch Strahlung deutlicher, was zu einem geringeren Geräusch führt, da das Wasser nicht in direktem Kontakt mit der Heizplatte steht.

Als Koch und nicht als Mathematiker stelle ich mir vor, dass Sie 2 hörbare Frequenzen verwechseln, wobei die erste der zunehmende Erregungszustand der Warmwasserbereitung und damit die zunehmende Dezibel- und höhere Tonhöhe ist, zumindest bis sie außerhalb Ihrer hörbaren Wahrnehmung liegt, die plötzliche Abnahme , die zweite Klangreihe ist das beginnende Kochen des Wassers und seine Wechselwirkung mit dem umgebenden Material. Die tatsächliche zyklische Abweichung von der Elektrizität könnte auch mit der Akustik spielen und einen "gruseligen" Effekt erzeugen, wie das oszillierende Summen der meisten Geräte und Haushaltselektronik. Ich persönlich hasse das Duo meiner Gefrierschrank-Eismaschine mit der fluoreszierenden Beleuchtung der Küche. Ich vermute also, dass der erste Teil des Diagramms mit empfindlicherer Ausrüstung einen anhaltenden Aufwärtstrend sowohl in der Tonhöhe als auch in Dezibel zeigen würde.