وقتی آب را در ماکروویو گرم میکنید، نفوذ امواج الکترومغناطیسی باعث تحریک مولکولهای آب را در کل حجم میشود؛ بنابراین آب خیلی سریع و یکنواخت گرم میشود.
غزال زیاری: وقتی با عجله در انتظار به جوش آمدن آب در داخل قابلمه یا کتری هستیم، حبابها معمولاً اولین نشانهای هستند که ما را به پایان این انتظار امیدوار میکنند؛ اما اگر کمی توجه کرده باشید، وقتی آب را بهقصد جوش آوردن در ماکروویو قرار میدهیم، از این مرحله مهم یعنی حباب زدن خبری نخواهد بود.
وقتی یک قابلمه آب را روی اجاقگاز میگذارید تا به جوش بیاید، حبابهای ریز اولین نشانهای هستند که نشان میدهند آب در آستانه جوشیدن است. با داغتر شدن آب، حبابها بزرگتر میشوند تا زمانی که جوشیدن کامل صورت گرفته و آب به دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد میرسد.
اما اگر آب را در ماکروویو جوشانده باشید، متوجه این موضوع شدهاید که باوجود جوشیدن آب، خبری از حبابها نخواهد بود. اینجاست که این سؤال مطرح میشود که چرا آبی که روی اجاق به جوش میآید حباب دارد، اما در ماکروویو نه
تفاوت در کجاست؟
طبق گفته متخصصان دینامیک سیالات، با گرم شدن آب بر روی یک منبع گرمایشی مثل اجاقگاز، حبابهایی در مقیاس نانو بهطور مداوم ظاهرشده و از بین میروند؛ اما دمایی که در آن حبابهای قابلتوجه شروع به شکلگیری میکنند، گاهی بسیار بالاتر از نقطهجوش تئوری آب است.
جاناتان بوریکو، متخصص دینامیک سیالات در ویرجینیا تک دراینباره توضیح داد: «نقطهجوش به این معناست که در هر دمایی بالاتر از آن، مولکولها ترجیح میدهند بخار باشند تا مایع.» یعنی در دمای بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد، انرژی ذاتی مولکولهای آب (که بهعنوان پتانسیل شیمیایی شناخته میشود)، برای حالت گاز پایینتر از حالت مایع است و این باعث میشود که بخار، پایدارترین شکل باشد.
بوریکو ادامه داد: «برای اینکه واقعاً جوشیدن انجام شود، باید حباب ایجاد شود که این خودش یک هزینه انرژی دارد؛ بنابراین اینکه ترجیح میدهید بخار باشید، به این معنا نیست که با موفقیت خواهید جوشید.»
یعنی دمایی که در آن آب واقعاً به جوش میآید، نتیجه مبادلهای بین انرژی پتانسیل شیمیایی ذخیرهشده از طریق تبدیلشدن به گاز و انرژی صرفشده برای تشکیل حباب است.
نکته مهم این است که حباب فقط حجم گاز نیست، بلکه درواقع فصل مشترک بین فاز گاز و مایع هم هست و مثل تمام فصول مشترک مایعات، این سطح در معرض کشش سطحی قرار دارد؛ یعنی نیرویی که دائماً تلاش میکند مرز گاز و مایع را به کوچکترین ناحیه ممکن کوچک کند.
این درباره یک حباب، به معنی فروپاشی کامل و بازگشت به یک مایع یکنواخت است. به همین خاطر، یک حباب پایدار باید آنقدری حاوی گاز باشد تا ذخیره انرژی پتانسیل شیمیایی، بزرگتر از کشش سطحیِ فصل مشترک باشد؛ همین باعث میشود حبابهای بزرگتر پایدارتر باشند.
بوریکو توضیح داد: «کشش سطحی اساساً یک هزینه انرژی به ازای واحد سطح است. حبابهای واقعاً کوچک دارای نسبت سطح به حجم بسیار بزرگی هستند، درحالیکه یک حباب بزرگتر، سطح کوچکتری نسبت به حجم خود دارد. هر چه حباب بزرگتر شود، حجم آن بیشتر شده و بر هزینه کشش سطحی غلبه میکند.»