水在沸腾前,气泡是由上到下,还是由下到上,体积是变大还是变小,声音是如何变化的?

Question

水在沸腾前,气泡是由上到下,还是由下到上,体积是变大还是变小,声音是如何变化的?

Answer 1

1在沸腾前,容器里各水层的温度不同,受热面附近水层的温度较高,水面附近的温度较低,气泡在上升过程中不仅泡内空气的压强随水温的降低而降低泡内有一部分水蒸气凝结成水后,饱和蒸汽压亦在减小而外界压强基本不变,此时泡外压强大于泡内压强,于是,上浮的气泡在上升过程中体积将缩小
2用壶烧开水时,水要发出响声．水的响声,有大小不同的两种：一种是快要沸腾时,水发出非常连续的响声,音调很高；另一种是沸腾时,水发出“噗噜、噗噜”可辨的断续响声,音调远没有前者的高．
为什么水烧开时响声（音调）不高,而未烧开时的响声却高呢?
原来,水壶盛水前,壶壁上吸附着一层空气,添水后,这层空气就变成了无数微小的气泡．因吸附力大于气泡受到的浮力,故水并不能使它们脱离壶壁．当水温升高时,气泡周围的水在气泡内蒸发,使汽泡体积增大,当温度达到七八十摄氏度时,变大的气泡受到的浮力超过了吸附力,它们就要离开壶壁纷纷上升,同时在壶壁上仍遗留下一部分空气,这部分空气会以更快的速度增加体积而上升．上升的气泡遇到周围的凉水,气泡里的水蒸气就要液化,使气泡迅速变小或破裂．由于无数气泡在壶底急剧膨胀,又在上升中迅速变小,壶里的水就处于激烈的振动状态,进而又引起了空气的振动,形成了水声．由于气泡体积大小交替变化非常快,使水的振动频率高,水声的音调也就高．后来,由于壶里各处的水温相差越来越小,气泡体积大小交替变化也越来越慢,进而引起的水声的音调就要逐渐变低.沸腾时,气泡在水面上破裂,引起了水面大幅度的翻腾,由此而引起的空气振动频率远不如前者的高,水声的音调也就低了．
这就是俗话常说的“开水不响,响水不开”的道理．