Όποια και αν είναι η περίπτωση, το ποπ του φελλού της Champagne σημαίνει την απελευθέρωση της πίεσης - τόσο για τους ερασιτέχνες που πρόκειται να απορροφηθούν όσο και για το υγρό μέσα τους. Το άνοιγμα της φιάλης αλλάζει την πίεση στο υγρό, επιτρέποντας στο διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα να διοχετευτεί έξω και να δημιουργήσει τη χαρακτηριστική λάμψη στο γυαλί σας.
σχετικό περιεχόμενο
- 170-year-old σαμπάνια ανακτήθηκε (και γεύση) από ένα ναυάγιο της Βαλτικής
- Η επιστήμη του Why Champagne Pops
- Η Επιστήμη της Σαμπάνιας, το Bubbling Wine Created By Accident
Ενώ τα βασικά γιατί οι φυσαλίδες σαμπάνιας είναι αρκετά γνωστές, οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμα να λύσουν μερικά μυστήρια που σχετίζονται με το σχηματισμό φυσαλίδων. Ίσως με έκπληξη, οι φυσαλίδες σε ψυγμένη σαμπάνια συμπεριφέρονται παρόμοια με εκείνες στο βραστό νερό που χρησιμοποιείται σε ατμοστρόβιλους, καθώς και φυσαλίδες σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές.
"Οι φυσαλίδες είναι πολύ συνηθισμένες στην καθημερινή μας ζωή", λέει ο Gérard Liger-Belair, φυσικός στο πανεπιστήμιο του Reims στη Γαλλία. "Διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο σε πολλές φυσικές και βιομηχανικές διεργασίες -η φυσική, χημική και μηχανική, της ωκεανογραφίας, της γεωφυσικής, της τεχνολογίας και ακόμη και της ιατρικής. Παρ 'όλα αυτά, η συμπεριφορά τους είναι συχνά εκπληκτική και, σε πολλές περιπτώσεις, δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητή. "
Ένα εξαιρετικό μυστήριο είναι το πόσο γρήγορα σχηματίζονται φυσαλίδες διαφόρων μεγεθών σε υγρά, κάτι που θα μπορούσε να βοηθήσει τους μηχανικούς να σχεδιάσουν πιο αποδοτικά συστήματα λέβητα και να βελτιώσουν την απόδοση από ατμοκίνητους αντιδραστήρες. Χρησιμοποιώντας τη δύναμη υπερυπολογιστών για την προσομοίωση υγρού που διοχετεύεται με φυσαλίδες, οι ερευνητές στην Ιαπωνία επιβεβαίωσαν τώρα ότι όλα καταλήγουν σε μια θεωρία μαθηματικών που προτάθηκε στη δεκαετία του 1960.
"Αυτό είναι το πρώτο βήμα για να καταλάβουμε πώς εμφανίζονται οι φυσαλίδες και πώς αλληλεπιδρούν οι φυσαλίδες ο ένας στον άλλον κατά τη διάρκεια του σχηματισμού φυσαλίδων [στο] μοριακό επίπεδο", λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Hiroshi Watanabe, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται αυτό το μήνα στην Εφημερίδα της Χημικής Φυσικής .
Στην Champagne και στο βραστό νερό, οι φυσαλίδες υφίστανται μια μεταμόρφωση που ονομάζεται ωρίμανση Ostwald, που ονομάστηκε για τον ανακαλύπτό της, τον Γερμανό χημικό του 19ου αιώνα, Wilhelm Ostwald. Παρατήρησε ότι μικρά σωματίδια είτε υγρού είτε στερεού σε ένα διάλυμα θα δώσουν τη θέση τους σε μεγαλύτερα, επειδή τα μεγαλύτερα σωματίδια είναι πιο ενεργά σταθερά.
Στην περίπτωση μιας φυσαλίδας, μόρια υγρού σε μια μικρότερη επιφάνεια είναι λιγότερο σταθερά και θα τείνουν να αποσπαστούν. Την ίδια στιγμή, τα μόρια θα έλθουν στις σταθερές επιφάνειες των μεγαλύτερων φυσαλίδων. Με την πάροδο του χρόνου, ο αριθμός των μικρών φυσαλίδων πέφτει και ο αριθμός των μεγάλων φυσαλίδων αυξάνεται, δίδοντας στο συνολικό υγρό μια χονδροειδή υφή. "Αφού εμφανιστούν πολλές φυσαλίδες τη στιγμή που ξεκαθαρίζουμε ένα μπουκάλι σαμπάνιας, ο πληθυσμός των φυσαλίδων αρχίζει να μειώνεται", λέει ο Watanabe. "Μεγαλύτερες φυσαλίδες γίνονται μεγαλύτερες καταναλώνοντας μικρότερες φυσαλίδες και τελικά μόνο μία φυσαλίδα θα επιβιώσει". Εκτός από τη ρύθμιση του σχηματισμού φυσαλίδων στο ποτό σας, η ωρίμανση του Ostwald βρίσκεται πίσω από την αμμώδη υφή του παγωμένου παγωτού, επειδή ευνοεί το σχηματισμό μεγαλύτερους κρυστάλλους πάγου όταν στερεοποιηθεί το λιωμένο μίγμα.
Πέρα από τη σφαίρα τροφίμων και ποτών, η ωρίμανση Ostwald συμβαίνει σε μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όπου οι λέβητες θερμαίνουν το νερό για τη συγκομιδή της θερμικής ενέργειας από τον ατμό. Ωστόσο, οι περιπλοκές του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται φυσαλίδες στους λέβητες δεν είναι καλά κατανοητοί, εν μέρει επειδή είναι δύσκολο να επαναδημιουργηθεί η τεράστια μάζα των φυσαλίδων που παίζονται σε ένα εργαστήριο.
Ο Watanabe και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο Kyusyu και τα εργαστήρια της Ιαπωνίας RIKEN στράφηκαν στον υπολογιστή K, έναν από τους ταχύτερους υπερυπολογιστές στον κόσμο. Δημιούργησαν ένα πρόγραμμα για την προσομοίωση της συμπεριφοράς εκατομμυρίων εικονικών μορίων εντός ενός περιορισμένου εικονικού χώρου, στην περίπτωση αυτή ενός κουτιού. Με την εκχώρηση σε κάθε μόριο μιας ταχύτητας, παρακολούθησαν το πώς κινούσαν και σχημάτισαν φυσαλίδες. Η ομάδα διαπίστωσε ότι χρειάζονται περίπου 10.000 μόρια υγρού για να σχηματίσουν μόνο μία φούσκα, οπότε έπρεπε να χαρτογραφήσουν την κίνηση περίπου 700 εκατομμυρίων μορίων για να καταλάβουν πώς συμπεριφέρονται οι φυσαλίδες μαζικά. Ακολουθεί μια κινούμενη εικόνα μιας κλίμακας των προσομοιώσεων τους:
Αφού σχηματιστούν πολλές φυσαλίδες, η ωρίμανση Ostwald συμβαίνει μέχρι να παραμείνει μόνο μία φυσαλίδα. (Η. Inaoka / RIKEN) Τα μοντέλα βοήθησαν την ομάδα να επιβεβαιώσει ότι οι φυσαλίδες ακολουθούν ένα μαθηματικό πλαίσιο που σχεδιάστηκε στη δεκαετία του 1960 με την ονομασία Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW). Αρχικά, η ταχύτητα με την οποία τα μόρια μπορούν να μεταβαίνουν από υγρό σε αέριο ρυθμίζει την ταχύτητα σχηματισμού φυσαλίδων. Αυτός ο μετασχηματισμός συμβαίνει στην επιφάνεια της φυσαλίδας, έτσι ώστε όσο ο ρυθμός εξάτμισης επιταχύνει, η ταχύτητα με την οποία τα μόρια υγρού μπορούν να φτάσουν στην επιφάνεια της φυσαλίδας καθορίζει το ρυθμό σχηματισμού και ανάπτυξης.
Ο Watanabe παρομοιάζει τη σχέση με ένα εργοστάσιο, όπου τα μηχανήματα στέκονται για τη διαδικασία σχηματισμού φυσαλίδων: "Εάν η απόδοση των μηχανών στο εργοστάσιο είναι κακή, τότε ο ρυθμός παραγωγής του εργοστασίου καθορίζεται από την απόδοση των μηχανών. Εάν η απόδοση των μηχανών είναι αρκετά καλή, τότε το ποσοστό παραγωγής καθορίζεται από την προσφορά πρώτων υλών. "
Στους θερμαινόμενους αγωγούς ενός συστήματος αεριοστροβίλου, οι φυσαλίδες μπορούν να μειώσουν την ανταλλαγή θερμότητας και να προκαλέσουν φθορά όταν το κτύπημα τους ασκεί μια μικρή δύναμη στη μεταλλική επιφάνεια του σωλήνα. Το ίδιο συμβαίνει όταν βάζετε μια έλικα στο νερό: Τα φυσαλίδες σχηματίζουν, ποπ και βλάπτουν σταδιακά τις λεπίδες. Οι στρόβιλοι και οι έλικες έχουν βελτιστοποιηθεί για να μειώσουν τις επιζήμιες επιδράσεις των φυσαλίδων, αλλά, επισημαίνει ο Watanabe, «οι βαθιές γνώσεις σχετικά με τη συμπεριφορά των φυσαλίδων θα μας βοηθήσουν να βρούμε ιδέες για να τις βελτιώσουμε».
Εκτός από την ενδεχόμενη συμβολή στην αποτελεσματικότητα της μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η Watanabe βλέπει εφαρμογές για εργασίες σε άλλα πεδία με πλούσια φυσαλίδα, όπως εκείνα που χρησιμοποιούν αφρούς ή κράματα μετάλλων. "Πιστεύουμε ότι η κατανόηση της συμπεριφοράς των φυσαλίδων σε μοριακό επίπεδο θα μας βοηθήσει να βελτιώσουμε την αποτελεσματικότητα πολλών ειδών συσκευών στο εγγύς μέλλον", λέει.
Ευθυμία σε αυτό.
