Γιατί το Νερό Βράζει με Φυσαλίδες Εκτός από τον Φούρνο Μικροκυμάτων;
Οι φυσαλίδες είναι συνήθως το πρώτο σημάδι ότι το νερό βράζει, αλλά η θέρμανσή του σε φούρνο μικροκυμάτων φαίνεται να παραλείπει αυτό το σημαντικό βήμα. Δείτε τι συμβαίνει.
Όταν περιμένετε να ζεσταθεί μια κατσαρόλα με νερό στην κουζίνα, οι μικροσκοπικές φυσαλίδες είναι το πρώτο σημάδι ότι ετοιμάζεται να βράσει. Καθώς το νερό γίνεται πιο ζεστό, οι φυσαλίδες μεγαλώνουν, μέχρι ένας έντονος βρασμός να σηματοδοτήσει ότι το νερό έχει φτάσει τους 100 βαθμούς Κελσίου.
Ή μήπως όχι; Όποιος έχει βράσει νερό σε φούρνο μικροκυμάτων θα παρατηρήσει την έλλειψη φυσαλίδων. Γιατί λοιπόν το νερό βράζει με φυσαλίδες, εκτός από τον φούρνο μικροκυμάτων;
Σύμφωνα με τους ειδικούς στη δυναμική των ρευστών, νανοφυσαλίδες εμφανίζονται και καταρρέουν συνεχώς καθώς το νερό θερμαίνεται πάνω από μια πηγή θέρμανσης, όπως μια κουζίνα. Αλλά η θερμοκρασία στην οποία αρχίζουν να σχηματίζονται αισθητές φυσαλίδες θα μπορούσε μερικές φορές να είναι πολύ υψηλότερη από το σημείο βρασμού του νερού στα χαρτιά.
“Το σημείο βρασμού σημαίνει ότι σε οποιαδήποτε θερμοκρασία πάνω από αυτό, τα μόριά σας είναι πιο ευτυχισμένα να είναι ατμός παρά υγρό”, δήλωσε ο Jonathan Boreyko, ειδικός στη δυναμική των ρευστών στο Virginia Tech. Πέρα από τους 100 C, η εγγενής ενέργεια των μορίων του νερού – γνωστή ως χημικό δυναμικό – είναι χαμηλότερη για το αέριο από το υγρό, καθιστώντας τον ατμό την πιο σταθερή μορφή.
“Αλλά για να πραγματοποιηθεί πραγματικά ο βρασμός, πρέπει να δημιουργήσετε μια φυσαλίδα, η οποία έχει ενεργειακό κόστος”, δήλωσε ο Boreyko στο Live Science. “Έτσι, απλώς επειδή είστε πιο ευτυχισμένοι να είστε ατμός δεν σημαίνει ότι θα βράσετε επιτυχώς.”
Επομένως, η θερμοκρασία στην οποία το νερό βράζει πραγματικά είναι ένας συμβιβασμός μεταξύ της ενέργειας του χημικού δυναμικού που εξοικονομείται με το να γίνει αέριο και της ενέργειας που δαπανάται για τη δημιουργία μιας φυσαλίδας.
Κρίσιμο είναι ότι μια φυσαλίδα δεν είναι απλώς ένας όγκος αερίου, αλλά και μια διεπαφή μεταξύ αεριώδους και υγρής φάσης. Και όπως όλες οι υγρές διεπαφές, αυτή η επιφάνεια υπόκειται σε επιφανειακή τάση.
Η επιφανειακή τάση είναι μια δύναμη που προσπαθεί συνεχώς να συρρικνώσει το όριο αερίου-υγρού στην μικρότερη δυνατή περιοχή. Στην περίπτωση μιας φυσαλίδας, αυτό θα σήμαινε κατάρρευση εντελώς πίσω σε ένα ομοιόμορφο υγρό. Μια σταθερή φυσαλίδα πρέπει επομένως να περιέχει αρκετό αέριο ώστε η εξοικονόμηση ενέργειας χημικού δυναμικού να είναι μεγαλύτερη από την επιφανειακή τάση της διεπαφής, καθιστώντας τις μεγαλύτερες φυσαλίδες πιο σταθερές.
“Η επιφανειακή τάση είναι βασικά ένα ενεργειακό κόστος ανά περιοχή”, είπε ο Boreyko. “Οι πραγματικά μικρές φυσαλίδες έχουν μια πολύ μεγάλη αναλογία επιφάνειας προς όγκο, ενώ μια μεγαλύτερη φυσαλίδα έχει μια μικρότερη περιοχή σε σχέση με τον όγκο της. Ο όγκος κυριαρχεί όσο μεγαλύτερος γίνετε, γεγονός που υπερτερεί του κόστους επιφανειακής τάσης.”
Κατά συνέπεια, το νερό συχνά δεν βράζει μέχρι να είναι λίγο πιο ζεστό από τους 100 C – ένα φαινόμενο γνωστό ως υπερθέρμανση. Το σημείο βρασμού σηματοδοτεί τη θερμοκρασία στην οποία το αέριο γίνεται πιο σταθερό από το υγρό και οι επιπλέον βαθμοί αντιστοιχούν στην ενέργεια ενεργοποίησης που απαιτείται για τη δημιουργία μιας αρκετά μεγάλης φυσαλίδας.
Ωστόσο, διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν το πόσο εύκολα μπορούν να σχηματιστούν αυτές οι φυσαλίδες, δήλωσε στο Live Science ο Mirko Gallo, ειδικός στη δυναμική των ρευστών στο Sapienza University of Rome.
“Διαλυμένα αέρια, ακαθαρσίες στο νερό, η επιφάνεια του δοχείου μπορούν όλα να μειώσουν το ενεργειακό εμπόδιο για τον σχηματισμό της φυσαλίδας”, εξήγησε ο Gallo. Αυτές οι ανωμαλίες μέσα στον όγκο του υγρού παρέχουν ένα ξεχωριστό σημείο πυρήνωσης γύρω από το οποία μπορούν να σχηματιστούν φυσαλίδες, μειώνοντας την ποινή επιφανειακής τάσης του σχηματισμού μιας εντελώς σφαιρικής φυσαλίδας.
“Αν σχηματίσετε μια φυσαλίδα σε μια άκρη, είναι μόνο μισή σφαίρα, οπότε έχετε μια μικρότερη επιφάνεια και θα χρειαστείτε λιγότερη ενέργεια”, πρόσθεσε. “Γι’ αυτό οι πρώτες φυσαλίδες αρχίζουν πάντα να εμφανίζονται στα όρια της κατσαρόλας.”
Βράσιμο Νερού σε Φούρνο Μικροκυμάτων
Αντίθετα, σε έναν φούρνο μικροκυμάτων, οι ασυνήθιστες συνθήκες θέρμανσης καταστέλλουν τον σχηματισμό φυσαλίδων τόσο αποτελεσματικά που είναι δυνατό να υπερθερμάνετε το νερό έως και 20 C.
“Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διεισδύουν και διεγείρουν τα μόρια του νερού σε ολόκληρο τον όγκο, οπότε θερμαίνει το νερό πολύ γρήγορα και ομοιόμορφα, ενώ σε μια κουζίνα, είναι το κάτω μέρος της κατσαρόλας που γίνεται πιο ζεστό”, εξήγησε ο Boreyko. “Τείνετε επίσης να [ζεσταίνετε πράγματα σε φούρνο μικροκυμάτων] σε ένα αρκετά λείο δοχείο – ας πούμε, γυαλί – έτσι δεν έχετε αυτά τα τοπικά θερμά σημεία που σας βοηθούν να ξεπεράσετε αυτό το ενεργειακό εμπόδιο για να δημιουργήσετε την πρώτη διεπαφή.”
Αυτό το τεράστιο απόθεμα ενέργειας χημικού δυναμικού στο υπερθερμασμένο υγρό απελευθερώνεται αυθόρμητα με τη μορφή μιας γιγαντιαίας, εκρηκτικής φυσαλίδας μόλις διαταραχθεί το δοχείο, καθιστώντας το νερό που θερμαίνεται στο φούρνο μικροκυμάτων εκπληκτικά επικίνδυνο.
Αλλά η υπερθέρμανση δεν είναι αποκλειστική για το νερό. Είναι δυνατή για οποιοδήποτε υγρό, είπε ο Gallo.
“Το νερό έχει μια πολύ υψηλή επιφανειακή τάση σε σύγκριση με τα περισσότερα υγρά, αλλά βασικά, όσο υψηλότερη είναι η επιφανειακή τάση, τόσο πιο δραματική είναι η επίδραση”, πρόσθεσε ο Boreyko.
Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)
Γιατί είναι επικίνδυνο το υπερθερμασμένο νερό στον φούρνο μικροκυμάτων;
Επειδή η ενέργεια που έχει αποθηκευτεί περιμένει ένα ερέθισμα για να απελευθερωθεί. Μόλις διαταραχθεί το νερό (π.χ., με την προσθήκη ζάχαρης ή τσαγιού), η απελευθέρωση της ενέργειας μπορεί να προκαλέσει εκρηκτικό βρασμό. Προσέχετε!
Πώς μπορώ να αποφύγω την υπερθέρμανση του νερού στον φούρνο μικροκυμάτων;
Ζεσταίνετε το νερό σε μικρότερα διαστήματα και χρησιμοποιήστε δοχεία που δεν είναι εντελώς λεία. Μπορείτε επίσης να βάλετε ένα ξυλάκι μέσα στο νερό καθώς θερμαινεται στον φούρνο μικροκυμάτων για να βοηθήσετε τη δημιουργία φυσαλίδων πιο εύκολα και να αποφύγετε την υπερθέρμανση.
Υπάρχει διαφορά στην ποιότητα του νερού που βράζει σε κατσαρόλα και στον φούρνο μικροκυμάτων;
Όχι, η χημική σύσταση του νερού παραμένει η ίδια. Η διαφορά είναι στον τρόπο με τον οποίο θερμαίνεται και στον σχηματισμό φυσαλίδων.