Oricare ar fi ocazia, pop-ul unei plute de șampanie înseamnă eliberarea presiunii - atât pentru cei care urmează să se îmbibă, cât și pentru lichidul din interior. Deschiderea sticlei schimbă presiunea asupra lichidului, permițând dioxidului de carbon dizolvat să se buleze și să creeze sclipirea caracteristică în pahar.
Continut Asemanator
- Șampanie veche de 170 de ani recuperată (și gustată) dintr-un naufragiu baltic
- Știința de ce șampanie apare
- Știința șampaniei, vinul de buze creat de accident
În timp ce elementele de bază ale motivului pentru care bulele de șampanie sunt destul de cunoscute, oamenii de știință încă încearcă să rezolve unele mistere legate de formarea de bule. Poate surprinzător, bulele din șampanie răcite se comportă în mod similar cu cele din apa clocotită folosită în turbinele cu abur, precum și bule într-o varietate de aplicații industriale.
"Bulele sunt foarte frecvente în viața noastră de zi cu zi", spune Gérard Liger-Belair, fizician la Universitatea din Reims din Franța. "Acestea joacă un rol crucial în multe procese naturale și industriale - în fizică, chimie și inginerie mecanică, oceanografie, geofizică, tehnologie și chiar medicină. Cu toate acestea, comportamentul lor este adesea surprinzător și, în multe cazuri, încă nu este înțeles pe deplin. "
Un mister de excepție este cât de rapid se formează bule de diferite dimensiuni în lichide, lucru care ar putea ajuta inginerii să proiecteze sisteme de cazane mai eficiente și să îmbunătățească puterea din reactoarele cu abur. Folosind puterea supercomputării pentru a simula lichidul de balonare, cercetătorii din Japonia au confirmat acum că totul se rezumă la o teorie matematică propusă în anii '60.
„Acesta este primul pas pentru a înțelege modul în care apar bulele și modul în care bule interacționează între ele în timpul formării bulelor [la] nivel molecular”, spune co-autorul studiului Hiroshi Watanabe, fizician la Universitatea din Tokyo. Rezultatele apar luna aceasta in Journal of Chemical Physics .
În Champagne și în apa clocotită, bulele suferă o transformare numită maturare Ostwald, numită pentru descoperitorul său, chimistul german din secolul al XIX-lea Wilhelm Ostwald. El a observat că particulele mici dintr-un lichid sau un solid dintr-o soluție vor da loc celor mai mari, deoarece particulele mai mari sunt mai stabile din punct de vedere energetic.
În cazul unei bule, moleculele de lichid de pe o suprafață mai mică sunt mai puțin stabile și vor tinde să se detașeze. În același timp, moleculele vor fi atrase pe suprafețele stabile ale bulelor mai mari. De-a lungul timpului, numărul de bule mici scade și numărul de bule mari crește, oferind lichidului general o textură mai grosieră. „După ce multe bule apar în momentul descărcării unei șampanii, populația de bule începe să scadă”, spune Watanabe. „Bulele mai mari devin mai mari prin consumul de bule mai mici, iar în cele din urmă doar o singură bulă va supraviețui.” Pe lângă faptul că guvernează formarea de bule din băutura dvs., maturarea Ostwald se află în spatele texturii nisipoase a înghețatei congelate, deoarece favorizează formarea de cristale mai mari de gheață atunci când amestecul topit se solidifică.
Dincolo de tărâmul alimentar și al băuturilor, maturarea Ostwald se produce în centralele electrice unde cazanele încălzesc apa pentru a recolta energia termică de la aburi. Cu toate acestea, complicațiile modului în care se formează bule în cazane nu sunt bine înțelese, în parte, deoarece este greu să re-creezi masa pură de bule în joc într-un laborator.
Watanabe și colegii de la Universitatea Kyusyu și laboratoarele RIKEN din Japonia s-au îndreptat către computerul K, unul dintre cele mai rapide supercomputere din lume. Au construit un program pentru a simula comportamentul a milioane de molecule virtuale într-un spațiu virtual restrâns, în acest caz, o casetă. Alocând fiecare moleculă o viteză, au urmărit cum se mișcau și formau bule. Echipa a aflat că este nevoie de aproximativ 10.000 de molecule de lichid pentru a forma o singură bulă, așa că au trebuit să mapați mișcarea a aproximativ 700 de milioane de molecule pentru a-și da seama cum s-au comportat în masă bulele. Iată o animație a unei versiuni reduse a simulărilor lor:
După formarea mai multor bule, maturizarea Ostwald apare până când rămâne doar o singură bulă. (H.Inaoka / RIKEN) Modelele au ajutat echipa să confirme că bulele respectă un cadru matematic conceput în anii '60 numit teoria Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW). La început, viteza cu care moleculele ar putea trece de la lichid la gaz guvernează viteza de formare a bulelor. Această transformare se întâmplă la suprafața bulei, astfel încât viteza de evaporare accelerează, viteza cu care moleculele de lichid pot ajunge la suprafața bulei determină rata de formare și creștere.
Watanabe asemănează relația cu o fabrică, unde mașinile stau în fața procesului de formare a bule: „Dacă performanțele mașinilor din fabrică sunt slabe, atunci rata de producție a fabricii este determinată de performanța mașinilor. Dacă performanța mașinilor este suficient de bună, atunci rata de producție este determinată de furnizarea de materii prime. "
În conductele încălzite ale unui sistem de turbină cu gaz, bulele pot scădea schimbul de căldură și pot provoca uzura atunci când popping-ul lor exercită o forță mică pe suprafața metalică a conductei. Același lucru se întâmplă atunci când puneți o elică în apă: Bulele se formează, se deschid și se deteriorează treptat lamele. Turbinele și elicele au fost optimizate pentru a reduce efectele dăunătoare ale bulelor, dar, subliniază Watanabe, „idei profunde despre comportamentul bulelor ne vor ajuta să găsim idei avansate care să le îmbunătățească.”
Pe lângă potențialul ajutor al eficienței centralei, Watanabe vede aplicații pentru lucrul în alte domenii bogate în bule, cum ar fi cele care folosesc spume sau aliaje metalice. „Credem că înțelegerea comportamentului bulelor la nivel molecular ne va ajuta să îmbunătățim eficiența multor tipuri de dispozitive în viitorul apropiat”, spune el.
Ura la asta.
