我们常说“开水不响,响水不开”,是用来形容人的。比喻有能力的人脚踏实地埋头苦干,而没有能力的人却喜欢空喊口号华而不实。
这也是我们在生活中常见到的情况:水在加热过程中的确响得厉害,反而在烧开的时候没了声响。
同样的一壶水,为什么开水不响,反而不开的时候响呢?
水的温度变化产生对流我们知道,水的密度在一个标准大气压下通常是1000kg/m³,相当于每立方米重1吨。但这个密度并不是一层不变的,它会随着温度的变化而发生轻微改变。
物体通常都是热胀冷缩,水却不大一样。
水温在4摄氏度时密度是最大的,最为接近1000kg/m³。而4摄氏度以下,随着温度的降低,水分子会形成类似冰一样的结构,从而产生“反常膨胀”,体积反而会增大,密度降低。
当温度高于4摄氏度时,随着热胀冷缩的性质,水分子之间的运动加强,使得距离增大,体积也跟着变大,密度减小。比如标准大气压下100摄氏度的水,密度只有0.9584 kg/m³。
当我们烧开水时,水在加热的过程中,水温是从下往上传递。随着密度的变化,上方温度越接近4摄氏度的水会因重力原因往下运动,下方的水随着温度的升高会浮至上面。
温度不断上升,上下的水不断运动,从而形成对流。水的对流往往是一个中间上升,四周下降的循环。
所以开水才会形成翻涌的水花。
气泡上升发出声响在水的加热过程中,溶解于水的空气会因溶解度的减小而被分离出来,形成吸附在底部或四周的气泡。同时气泡周围的水会往气泡内不断蒸发,随之体积也逐渐变大,浮力也会增大。达到一定程度时,气泡受浮力作用下会逐渐上升。
开始加热时的气泡
上面提到过,烧水的过程中水面温度会比壶底更低但密度更大,气泡在上升过程中,水蒸汽又会凝结成水,由于水面的密度大,气泡内压也增大。
因此只剩下少量水蒸汽与空气的气泡还未到达水面就破裂了,引起水面剧烈振动。
水中破裂的气泡
随着水温的不断升高,气泡也越来越多,它们不断上浮破裂,气泡破裂还会带动容器共振,于是响声也越来越大,因此在越接近沸点时气泡最多声音最大,所以才说“响水不开”。
继续加热,当水达到沸腾状态,此时水壶内的水温及密度基本一致。此时的气泡从底部上升,受周围水蒸气的蒸发,气泡不断地越来越大,它们一直浮出水面才破裂,释放的水蒸汽随之蒸发,水面形成上下翻腾的现象。
水面破裂的气泡
但气泡在水面破裂的声音就小很多了,这么说来开水并不是一点声音都没有,只是相对相对来说会安静一些。
所以“响水不开,开水不响”虽是人们通过经验所得,其中也是蕴含科学道理的。