Без обзира на пригоду, поп из плута шампањца значи ослобађање притиска - и за откриваче који ће се упити и за течност унутар њих. Отварањем боце мења се притисак течности, омогућавајући раствореном угљен диоксиду да бубри и створи карактеристичну блиставу чашу.
Сличан садржај
- Шампањац стар 170 година опорављен (и пробао) од балтичког бродолома
- Наука зашто шампањац искаче
- Наука о шампањцу, вину која је бубрела створила несрећа
Иако су основе зашто су шампањачки мехури прилично познати, научници још увек покушавају да разреше неке мистерије везане за стварање мехурића. Можда је изненађујуће да се мехурићи у охлађеном Шампањцу понашају слично онима у кипућој води која се користи у парним турбинама, као и мехурићи у различитим индустријским применама.
„Мехурићи су веома уобичајени у нашој свакодневици", каже Герард Лигер-Белаир, физичар са Универзитета у Реимсу у Француској. „Они играју пресудну улогу у многим природним и индустријским процесима - у физици, хемијској и машинској индустрији, оцеанографија, геофизика, технологија, па чак и медицина. Ипак, њихово понашање је често изненађујуће и, у многим случајевима, још увек није потпуно схваћено. "
Једна изванредна мистерија је како се брзи мехурићи различитих величина формирају у течностма, нешто што би могло помоћи инжењерима да дизајнирају ефикасније котловске системе и побољшају излаз из реактора на парни погон. Користећи суперкомпјутерску снагу за симулацију кључајуће течности, истраживачи у Јапану су сада потврдили да се све своди на математичку теорију предложену у 1960-има.
„Ово је први корак за разумевање како се балони појављују и како мехурићи међусобно делују током формирања мехурића [на] молекуларном нивоу“, каже коаутор студије Хиросхи Ватанабе, физичар са Универзитета у Токију. Резултати се овог месеца појављују у часопису Цхемицал Цхемицал Пхисицс .
У Шампањцу и у кључалој води, мехурићи се подвргавају трансформацији званој Оствалд зрења, названој по свом открићу, немачком хемичару из 19. века Вилхелму Оствалду. Приметио је да ће мале честице течности или чврсте супстанце у раствору уступити место већим, јер су веће честице енергетски стабилније.
У случају мјехурића, молекули течности на мањој површини су мање стабилни и склони ће се одвајању. У исто време, молекули ће се привући на стабилне површине већих мехурића. Временом, број малих мјехурића опада, а број великих мјехурића расте, што даје укупној течности грубију текстуру. „Након што се у тренутку одвајања шампањца [боце] појаве бројни мехурићи, популација мехурића почиње да се смањује“, каже Ватанабе. "Већи мјехурићи постају већи једући мање мјехуриће, а на крају ће преживјети само један мјехурић." Поред тога што регулира стварање мјехурића у вашем пићу, Оствалд сазријевање стоји иза пјешчане текстуре поновно замрзнутог сладоледа, јер погодује стварању већи кристали леда када се растопљена смеша очврсне.
Поред царства хране и пића, зрење Оствалд се јавља и у електранама где котлови греју воду да би добили термалну енергију из паре. Међутим, ситнице како се формирају мехурићи у бојлерима нису добро схваћене, делом и зато што је тешко поново створити чисту масу мехурића током играња у лабораторији.
Ватанабе и колеге са Универзитета Киусиу и јапанских лабораторија РИКЕН окренули су се рачунару К, једном од најбржих суперрачунара на свету. Они су направили програм за симулацију понашања милиона виртуалних молекула унутар ограниченог виртуелног простора, у овом случају кутије. Задавајући свакој молекули брзину, посматрали су како се померају и формирају мехуриће. Тим је открио да је потребно око 10.000 молекула течности да би се створио само један мехурић, па су морали да пресликају кретање од око 700 милиона молекула да би схватили како се масични понашају масовно. Ево анимације умањене верзије њихових симулација:
Након формирања више мјехурића, долази до зрења Оствалда док не остане само један мехурић. (Х.Инаока / РИКЕН) Модели су помогли тиму да потврди да мехурићи следе математички оквир осмишљен 1960-их година назван теорија Лифсхитз-Слиозов-Вагнер (ЛСВ). У почетку брзина којом молекули могу прећи из течне у гас управља брзином формирања мехурића. Ова трансформација се дешава на површини мехурића, тако да брзина испаравања убрзава, брзина којом молекули течности могу да достигну површину мехурића одређује брзину формирања и раста.
Ватанабе успоређује однос према фабрици, где машине стоје у процесу стварања мехурића: „Ако су перформансе машина у фабрици лоше, тада се производна стопа фабрике одређује перформансама машина. Ако су перформансе машина довољно добре, тада се стопа производње одређује снабдевањем изворним материјалима. "
У грејним цевима система за турбину са гасом, мехурићи могу смањити измену топлоте и проузроковати хабање када њихово искакање врши малу силу на металној површини цеви. Иста ствар се догађа када ставите пропелер у воду: Мехурићи формирају, поскакују и постепено оштећују лопатице. Турбине и пропелери су оптимизовани да умањују штетне ефекте мехурића, али, истиче Ватанабе, "дубоки увиди у понашање мехурића помоћи ће нам да пронађемо напредне идеје за њихово побољшање."
Поред тога што потенцијално помаже ефикасности електрана, Ватанабе види апликације за рад у другим областима богатим мехурићима, попут оних које користе пјене или легуре метала. „Верујемо да ће нам разумевање понашања мехурића на молекуларном нивоу у блиској будућности помоћи да побољшамо ефикасност многих врста уређаја“, каже он.
Живјели за то.
