Звуки кипящего чайника

Что происходит с пузырьками воздуха и пара в воде до закипания и в момент кипения? Сравните давление насыщенного пара с атмосферным и подумайте, от чего зависит частота и однородность звука, который излучает быстро меняющийся пузырёк.

При температуре воды около 90 градусов начинает появляться характерный шелест (возможно свист, но не однотонный, а шумоподобный). Этот звук возникает ещё до закипания: в небольшие пузырьки воздуха, растворённого в воде, начинает поступать всё больше пара, поскольку плотность водяных паров быстро растёт с температурой. Давление пара при этом ещё меньше атмосферного, и размеры пузырьков быстро меняются. Можно объяснить это из МКТ конкуренцией случайных процессов перехода молекул воды из жидкости в пар и обратно. Быстрые изменения размеров пузырька приводят к излучению звуковых волн с длиной волны, соизмеримой с размером пузырька. Пока пузырьки маленькие, звук высокочастотный; поскольку их размеры меняются, звук не однотонный, а шумоподобный. Может быть описано и схлопывание отдельных пузырьков, упомянута кавитация — это близкие явления. Звук становится всё сильнее с ростом температуры.

Когда температура достигает \(100\) градусов Цельсия (или локальной температуры кипения воды), давление паров воды сравнивается с атмосферным, и пузырьки начинают неограниченно расти, сливаться и всплывать. Это приводит к характерному «бурлению» кипящей воды: тембр становится более низкочастотным и более шумоподобным, флуктуации громкости становятся различимы на слух. Громкость звука с началом кипения заметно падает — как из-за уменьшения эффективности генерации звука с ростом размера пузырей, так и из-за уменьшения их количества.