Bármi legyen is az alkalom, a pezsgő parafa pattanása nyomás felszabadítását jelenti - mind a felszívódni kívánóknak, mind a benne lévő folyadéknak. A palack kinyitása megváltoztatja a folyadék nyomását, lehetővé téve, hogy az oldott szén-dioxid kiszivárogjon, és az üvegben jellegzetes szikra keletkezzen.
kapcsolodo tartalom
- A 170 éves pezsgő helyreállt (és megkóstolta) egy balti hajótörésből
- A tudomány, miért pezsgő pops
- A pezsgő tudománya, a véletlen által létrehozott buborékos bor
Bár a pezsgőbuborékok ismertté tételének alapjai, a tudósok továbbra is megpróbálják megoldani a buborékképződéssel kapcsolatos néhány rejtélyt. Talán meglepő módon a hűtött pezsgőben lévő buborékok hasonlóan viselkednek, mint a gőzturbinákban használt forrásban lévő vízben, valamint a különféle ipari alkalmazásokban alkalmazott buborékok.
"A buborékok nagyon gyakoriak mindennapi életünkben" - mondja Gérard Liger-Belair, a francia Reims Egyetem fizikusa. "Kritikus szerepet játszanak számos természetes és ipari folyamatban - a fizikában, a kémiai és a gépiparban, óceánföldrajz, geofizika, technológia és még az orvostudomány is. Ennek ellenére viselkedésük gyakran meglepő, és sok esetben még mindig nem teljesen megértettek. ”
Az egyik kiemelkedő rejtély az, hogy a különböző méretű buborékok milyen gyorsan képződnek a folyadékokban, ami segíthet a mérnököknek hatékonyabb kazánrendszerek tervezésében és a gőzzel működő reaktorok teljesítményének javításában. A szuperszámítógépes erő felhasználásával a buborékos folyadék szimulálására a japán kutatók most megerősítették, hogy mindez az 1960-as években javasolt matematikai elméletre vezethető vissza.
"Ez az első lépés annak megértéséhez, hogy a buborékok hogyan jelennek meg, és hogy a buborékok miként kölcsönhatásba lépnek egymással a buborék kialakulásakor a molekuláris szinten" - mondja Hiroshi Watanabe, a tanulmány társszerzője, a Tokiói Egyetem fizikusa. Az eredmények ebben a hónapban jelennek meg a Journal of Chemical Physics-ben .
Pezsgőben és forró vízben a buborékok Ostwald érésnek nevezett átalakuláson mennek keresztül, amelyet felfedezőjének, a 19. századi német vegyésznek, Wilhelm Ostwaldnak nevezték el. Észrevette, hogy az oldatban lévő folyadék vagy szilárd részecskék nagyobb részecskéket fognak helyettesíteni, mivel a nagyobb részecskék energetikailag stabilabbak.
Buborék esetén a kisebb felületű folyadékmolekulák kevésbé stabilak és hajlamosak leválódni. Ugyanakkor a molekulákat a nagyobb buborékok stabil felületére kell vonni. Az idő múlásával a kis buborékok száma csökken és a nagy buborékok száma növekszik, így az összfolyadék durvabb textúrájúvá válik. "Miután sok buborék jelenik meg abban a pillanatban, amikor a pezsgőt [palackot] eltávolítják, a buborékok populációja csökkenni kezd" - mondja Watanabe. „A nagyobb buborékok kisebbekké válnak, ha kisebb buborékokat esznek, és végül csak egy buborék marad fenn.” Az italban a buborékképződés szabályozása mellett az Ostwald érlelés az újrafagyasztott fagylalt homokos textúrájának mögött áll, mert elősegíti a nagyobb jégkristályok, amikor az olvadt keverék megszilárdul.
Az ételek és italok területén az Ostwald érése olyan erőművekben zajlik, ahol a kazánok vizet melegítenek, hogy a hőenergiát a gőzből betakarítsák. Azonban az a bonyolultság, hogy miként alakulnak ki a buborékok a kazánokban, részben azért, mert nehéz a laboratóriumi játék során újra létrehozni a buborékok puszta tömegét.
Watanabe és munkatársai a Kyusyu Egyetemen és a japán RIKEN laboratóriumokban a K számítógéphez fordultak, amely a világ egyik leggyorsabb szuperszámítógépe. Építettek egy programot, amely szimulálja virtuális molekulák millióinak viselkedését egy korlátozott virtuális térben, ebben az esetben egy dobozban. Az egyes molekulákhoz sebességet rendelve figyelték, hogyan mozognak és buborékok képződnek. A csapat rájött, hogy csak egy buborék kialakításához 10 000 folyadékmolekula szükséges, így hozzávetőlegesen 700 millió molekula mozgását meg kellett térképezniük, hogy kitalálják, hogyan viselkednek a buborékok tömegesen. Íme egy szimuláció kicsinyített változatának animációja:
Több buborék kialakulása után az Ostwald érése addig zajlik, amíg csak egyetlen buborék marad meg. (H.Inaoka / RIKEN) A modellek segítettek a csapatnak abban, hogy megerősítsék, hogy a buborékok az 1960-as években Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW) elméletben kidolgozott matematikai keretet követik. A buborék kialakulásának sebességét kezdetben az a sebesség határozza meg, amellyel a molekulák folyékonyról gázra változhatnak. Ez az átalakulás a buborék felszínén zajlik, így amikor a párolgási sebesség felgyorsul, a folyadékmolekulák elérésének a sebessége a buborék felületén meghatározza a képződési és növekedési sebességet.
A Watanabe egy olyan gyárhoz viszonyítja, amelyben a gépek állnak a buborékképző folyamatban: „Ha a gyárban a gépek teljesítménye gyenge, akkor a gyár termelési arányát a gépek teljesítménye határozza meg. Ha a gépek teljesítménye elég jó, akkor a termelési arányt az alapanyagok biztosítása határozza meg. ”
A gázturbinás rendszer fűtött csöveiben a buborékok csökkenthetik a hőcserét és kopást okozhatnak, amikor felbukkanása kis erőt gyakorol a cső fémfelületére. Ugyanez történik, ha egy propellert vízbe tesz: Buborékok formálódnak, felpattannak és fokozatosan megrongálják a pengeket. A turbinákat és a légcsavarokat úgy optimalizálták, hogy csökkentsék a buborékok káros hatásait, de Watanabe rámutat: "A buborékok viselkedéséről szóló mély betekintés segít áttörési ötletek megtalálásában a javításuk érdekében."
Az erőművek hatékonyságának elősegítésén túl a Watanabe más, buborékban gazdag területeken, például habokat vagy fémötvözeteket alkalmazó területeken is alkalmaz alkalmazásokat. "Úgy gondoljuk, hogy a buborékok molekuláris szintű viselkedésének megértése elősegíti a sokféle eszköz hatékonyságának javítását a közeljövőben" - mondja.
Örül, hogy.
