Ne glede na priložnost, pop iz šampanjca iz plute pomeni sproščanje pritiska - tako za odganjalce, ki bodo vbrizgali, kot tudi tekočino znotraj. Odpiranje steklenice spremeni pritisk na tekočino, kar omogoča, da raztopljeni ogljikov dioksid izpuhti in ustvari značilno iskrico v vašem kozarcu.
Sorodne vsebine
- 170-letni šampanjec je bil pridobljen (in okusil) od ladje z Baltika
- Znanost, zakaj se šampanjec pojavlja
- Znanost o šampanjcu, vinu, ki ga je ustvarila nesreča
Medtem ko so osnove, zakaj so šampanjec mehurčki, precej znane, znanstveniki še vedno poskušajo razrešiti nekatere skrivnosti, povezane s tvorbo mehurčkov. Morda presenetljivo, mehurčki v ohlajenem Šampanjcu se obnašajo podobno kot v vreli vodi, ki se uporablja v parnih turbinah, kot tudi mehurčki v različnih industrijskih aplikacijah.
"Mehurčki so v našem vsakdanjem življenju zelo pogosti, " pravi Gérard Liger-Belair, fizik z univerze v Reimsu v Franciji. "Igrajo ključno vlogo v mnogih naravnih in industrijskih procesih - v fiziki, kemični in strojni tehniki, oceanografija, geofizika, tehnologija in celo medicina. Kljub temu je njihovo vedenje pogosto presenetljivo in v mnogih primerih še vedno ni povsem razumljeno. "
Ena izjemna skrivnost je, kako hitro se v tekočinah oblikujejo mehurčki različnih velikosti, kar lahko inženirjem pomaga pri načrtovanju učinkovitejših kotlovskih sistemov in izboljšanju proizvodnje reaktorjev s paro. Z uporabo superračunalniške moči za simulacijo žvečilne tekočine so raziskovalci na Japonskem zdaj potrdili, da se vse skupaj spusti na matematično teorijo, predlagano v šestdesetih letih prejšnjega stoletja.
"To je prvi korak za razumevanje, kako se mehurčki pojavljajo in kako mehurčki medsebojno delujejo med nastajanjem mehurčkov [na] molekulski ravni, " pravi soavtorica študije Hiroshi Watanabe, fizik na tokijski univerzi. Rezultati se ta mesec pojavljajo v reviji Chemical Chemical Physics .
V Šampanjcu in v vreli vodi se mehurčki podvržejo preobrazbi, imenovani zorenje Ostwalda, ki je poimenovana po svojem odkritju, nemškemu kemiku iz 19. stoletja Wilhelmu Ostwaldu. Opazil je, da bodo majhni delci tekočine ali trdne snovi v raztopini dali prednost večjim, ker so večji delci energetsko stabilnejši.
V primeru mehurčka so molekule tekočine na manjši površini manj stabilne in se nagibajo k odvajanju. Istočasno se bodo molekule vlekle na stabilne površine večjih mehurčkov. Sčasoma število majhnih mehurčkov upada in število velikih mehurčkov raste, kar daje celotni tekočini bolj grobo teksturo. "Potem ko se v trenutku odklepanja šampanjca [stekleničke] pojavijo številni mehurčki, se populacija mehurčkov začne zmanjševati, " pravi Watanabe. "Večji mehurčki postanejo večji, če pojemo manjše mehurčke, na koncu pa bo preživel le en mehurček." Poleg tega, da zorenje Ostwald uravnava nastanek mehurčkov v svoji pijači, stoji za peščeno teksturo ponovno zamrznjenega sladoleda, ker ugodno tvori večji kristali ledu, ko se stopljena zmes strdi.
Zorenje Ostwald se poleg meja hrane in pijače pojavlja v elektrarnah, kjer kotli ogrevajo vodo, da pridobivajo toplotno energijo iz pare. Kljub temu, da se mehurčki tvorijo v kotlih, niso dobro razumljene, deloma tudi zato, ker je težko na novo ustvariti čisto maso mehurčkov, ko se igrajo v laboratoriju.
Watanabe in sodelavci iz univerze Kyusyu in japonskih laboratorij RIKEN so se obrnili na računalnik K, enega najhitrejših superračunalnikov na svetu. Zgradili so program za simulacijo vedenja milijonov virtualnih molekul v omejenem virtualnem prostoru, v tem primeru škatlo. Vsaki molekuli so dodeljevali hitrost, opazovali so, kako se premikajo in tvorijo mehurčke. Skupina je ugotovila, da potrebuje približno 10.000 molekul tekočine, da tvorijo samo en mehurček, zato so morali preslikati gibanje približno 700 milijonov molekul, da so ugotovili, kako se mehurčki obnašajo množično. Tu je animacija pomanjšane različice njihovih simulacij:
Po oblikovanju več mehurčkov pride do zorenja Ostwalda, dokler ne ostane samo en sam mehurček. (H.Inaoka / RIKEN) Modeli so ekipi pomagali potrditi, da mehurčki sledijo matematičnemu okviru, oblikovanemu v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, imenovanem teorija Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW). Sprva hitrost nastajanja molekul iz tekočine v plin ureja hitrost nastajanja mehurčkov. Ta transformacija se zgodi na površini mehurja, tako da se hitrost izhlapevanja pospešuje, hitrost doseganja tekočih molekul na površino mehurčka določa hitrost tvorjenja in rasti.
Watanabe primerja odnos do tovarne, kjer stroji stojijo za proces tvorjenja mehurčkov: "Če so zmogljivosti strojev v tovarni slabe, potem se stopnja proizvodnje tovarne določi z zmogljivostmi strojev. Če so zmogljivosti strojev dovolj dobre, potem se stopnja proizvodnje določi z dobavo izvornih materialov. "
V ogrevanih ceveh plinskoturbinskih sistemov lahko mehurčki zmanjšajo izmenjavo toplote in povzročijo obrabo, če njihovo poskakovanje izvaja majhno silo na kovinski površini cevi. Enako se zgodi, ko v vodo vstavite propeler: Mehurčki oblikujejo, poskočijo in postopoma poškodujejo rezila. Turbine in propelerji so bili optimizirani za zmanjšanje škodljivih vplivov mehurčkov, vendar, poudarja Watanabe, "globok vpogled v vedenje mehurčkov nam bo pomagal najti prelomne ideje za njihovo izboljšanje."
Poleg potencialne učinkovitosti učinkovitosti elektrarn Watanabe vidi aplikacije za delo na drugih poljih, bogatih z mehurčki, kot so tista, ki uporabljajo pene ali kovinske zlitine. "Verjamemo, da nam bo razumevanje vedenja mehurčkov na molekularni ravni v bližnji prihodnosti pomagalo izboljšati učinkovitost mnogih vrst naprav, " pravi.
Navdušite to.
