Wenn Wasser kocht, gibt es drei Hauptgründe, warum es Geräusche macht: Keimbildung, Kavitation und Oberflächenploppen. Das lauteste Geräusch entsteht, wenn Blasen platzen, was als Kavitation bezeichnet wird.
Beim Kochen ist kochendes Wasser ein notwendiger Schritt. Du gibst Wasser in einen Topf, erhitzt es auf dem Herd und deckst es ab, um die Hitzeenergie zu maximieren. Kurz bevor das Wasser den Siedepunkt erreicht, fängt es jedoch an, Geräusche zu machen und der Deckel fängt an zu zittern. Das ist ein Zeichen dafür, dass das Wasser gekocht hat. Nach dem Kochen kannst du das Wasser für dein Rezept verwenden. Aber hast du dich jemals gefragt, warum Wasser das lauteste Geräusch macht, kurz bevor es kocht?
Kochendes Wasser
Wenn du Wasser beim Kochen genau beobachtest, wirst du feststellen, dass anfangs kaum Geräusche zu hören sind. Aber je mehr das Wasser erhitzt wird und die Temperatur steigt, desto deutlicher wird das Geräusch. Das Geräusch wird lauter, je näher das Wasser dem Siedepunkt kommt.
Kochendes Wasser in einem Glas-Kochtopf. Credit: Roman Sigaev/Fotolia
Vielleicht weißt du bereits, dass der Siedepunkt von Wasser 100 °C beträgt. Wenn das Wasser den Siedepunkt erreicht, wird es optisch unruhiger, aber das Geräusch wird leiser. Dieses Phänomen hat viele Wissenschaftler und Forscher verwirrt.
Gründe, dieses Geräusch zu untersuchen
Wenn du noch nie neugierig auf dieses Phänomen warst, ist es interessant zu wissen, dass das Verständnis der Wissenschaft dahinter bedeutende Auswirkungen haben kann. Wissenschaftler und Ingenieure könnten potenziell ein System entwickeln, um das Pfeifgeräusch zu eliminieren oder zu reduzieren, nicht nur beim Kochen von Wasser, sondern auch um störende Pfeifgeräusche zu minimieren oder zu beseitigen, die manchmal von Fahrzeugen kommen, besonders wenn Luft im Auspuff eingeschlossen ist.
Ross Henrywood, ein Forscher von der University of Cambridge, schlägt vor, dass wir, sobald wir die Quelle des Geräuschs identifizieren und seine Ursache verstehen, Systeme entwerfen können, die frei von diesem Pfeifgeräusch sind.
Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler das Rätsel des Pfeifgeräuschs zu lösen, das heißes Wasser kurz vor dem Kochen macht. In seinem Buch Theory of Sound bemerkte John William Strut: „Vieles ist unklar darüber, wie die Vibrationen ausgelöst werden.“ Glücklicherweise haben Forscher mit technologischen Fortschritten und dem Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras endlich das Rätsel gelöst.
Im Wesentlichen gibt es drei Hauptgründe, warum Wasser beim Kochen Geräusche macht: Keimbildung, Kavitation und Oberflächenploppen. Lassen Sie uns jeden von ihnen im Detail untersuchen.
Keimbildung
Um die Ursache des Pfeifgeräuschs zu verstehen, kochten Forscher Wasser in einem Wasserkocher und beobachteten die Wassertropfen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. Gewöhnliche Videokameras nehmen Videos mit einer Geschwindigkeit von 30-60 Bildern pro Sekunde auf, aber mit einer Hochgeschwindigkeitskamera können Forscher 15.000-30.000 Bilder pro Sekunde aufnehmen, was einen besseren Einblick in dieses Phänomen bietet.
Die Phantom v341 ist eine digitale Kamera, die hochgeschwindigkeitsaufnahmen macht. Nach Forschern ist die Hauptursache für das Geräusch beim Kochen von Wasser die in dem Wasser eingeschlossenen Luftblasen. Wenn Wasser erhitzt wird, bilden sich am Boden des Behälters Luftblasen, die in dem Wasser gelöst waren. Die Löslichkeit von unpolaren Gasen wie Sauerstoff und Stickstoff nimmt mit steigender Temperatur ab. Dadurch verwandelt sich das gelöste Gas in Luftblasen. Sobald diese Blasen eine bestimmte Größe erreichen, werden sie vom Boden freigesetzt und steigen in die obere Wasserschicht auf. Dieser Prozess wird als Nukleation bezeichnet. Daher wird das Geräusch, das man beim Kochen von Wasser hört, hauptsächlich durch diese Blasenbildung am Boden verursacht.
Wenn man einen kochenden Wasserkessel ohne Hochgeschwindigkeitskamera genau beobachtet, kann man die kleinen Blasen am Boden sehen. In Bezug auf die Intensität ist dieser Klang im Allgemeinen leise, mit einer Frequenz von etwa 100 Hz. Das laute Pfeifgeräusch wird hauptsächlich durch Kavitation verursacht, was im Folgenden erläutert wird.
Kavitation
Wenn die Temperatur im Kessel weiter steigt, versuchen die neu gebildeten Blasen nach oben durch die darüber liegenden Wasserschichten zu steigen. Diese Schichten sind kühler als die unterste Schicht.
Wenn die Blase nach oben steigt und das kühlere Wasser unter 100 °C erreicht, verliert sie Energie und beginnt zusammenzubrechen, bevor sie die Oberfläche des Topfes oder Kessels erreicht. Dieser Prozess passiert tausende Male und der Zusammenbruch ist ziemlich heftig. Wenn die Blasen zusammenbrechen und platzen, erzeugen sie starke Schockwellen, die das laute Pfeifgeräusch erzeugen. Die zerplatzenden Blasen hinterlassen eine Hohlraum, und das umgebende Wasser schlägt sich gegenseitig, während es eilt, den Raum zu füllen. Dieses Phänomen wird Kavitation genannt und es ist ziemlich laut.
Oberflächenplatzen
Wenn die Temperatur kurz vor 100 °C liegt, gewinnen die Blasen genug Energie, um die Oberfläche zu erreichen und sanft zu platzen. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Geräuschpegel ab. Dieser Schritt wird als Oberflächenplatzen bezeichnet. Irgendwann, wenn der gesamte Dampf nach oben steigt, hört das Geräusch vollständig auf. Deshalb wird Wasser leise, sobald es gekocht hat!
Dieses unerwartete Geräusch beim Kochen von Wasser ist etwas, das wir oft bemerken, aber selten darüber nachdenken. Also, das nächste Mal, wenn Sie in einem anderen Raum sind und dieses Geräusch hören, wissen Sie, dass das Wasser kurz davor ist zu kochen. Das kann Ihnen helfen, nicht in die Küche zu stürzen, um den Herd auszuschalten und das Überlaufen des Topfes zu verhindern!