چرا آب در مایکرووِیو حباب نمی‌زند؟
وقتی آب در مایکرووِیو می‌جوشد، برخلاف اجاق‌گاز هیچ حبابی تشکیل نمی‌دهد. این پدیده عجیب که اَبَرجوش یا سوپرهیت (Superheat) نام دارد، نه تنها یک شگفتی علمی است، بلکه می‌تواند خطرناک باشد. محققان دینامیک سیالات با بررسی کشش سطحی و انرژی تشکیل حباب، پرده از این راز فیزیکی برداشته‌اند.
به گزارش سیناپرس، هنگامی که ظرفی حاوی آب روی اجاق‌گاز قرار می‌دهیم، حباب‌های ریز اولین نشانه آماده‌شدن آب برای جوشیدن هستند. با گرم‌ترشدن آب، این حباب‌ها بزرگ‌تر می‌شوند تا اینکه جوشش شدید (غلیان) نشان دهد که آب به دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد رسیده است. اما هرکسی که آب را در مایکرووِیو جوش آورده باشد، متوجه تشکیل‌نشدن حباب شده است.
چرا آب در مایکرووِیو برخلاف اجاق‌گاز حباب تشکیل نمی‌دهد؟
به گفته متخصصان دینامیک سیالات، با گرم‌شدن آب روی منبع حرارتی مانند اجاق‌گاز، حباب‌های نانومقیاس به طور مداوم تشکیل می‌شوند و فرو می‌ریزند؛ اما دمایی که در آن حباب‌های مشاهده‌شدنی شروع به تشکیل می‌کنند، گاهی می‌تواند بسیار بالاتر از نقطه جوش استاندارد آب باشد.
جاناتان بوریکو (Jonathan Boreyko)، متخصص دینامیک سیالات از ویرجینیا تِک، توضیح می‌دهد: نقطه جوش به دمایی گفته می‌شود که در آن، مولکول‌های آب از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شوند. فراتر از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد، انرژی ذاتی مولکول‌های آب، که به‌عنوان پتانسیل شیمیایی شناخته می‌شود، برای گاز کمتر از مایع است و این امر بخار را به شکل پایدارتر تبدیل می‌کند.
چالش اصلی تشکیل حباب
بوریکو می‌گوید: اما برای وقوع پدیده جوشش، باید حبابی ایجاد شود که این فرآیند نیازمند صرف انرژی است. بنابراین، صِرف تمایل مولکول‌ها به تبخیر به معنای وقوع جوشش نیست. در نتیجه، دمای واقعی جوش آب حاصل تعادلی بین انرژی پتانسیل شیمیایی ذخیره‌شده در اثر تبدیل به گاز و انرژی صرف‌شده برای تشکیل حباب است.
نقش کلیدی کشش سطحی
یک حباب نه تنها حجمی از گاز، بلکه رابطی بین فازهای گاز و مایع است. این سطح، مانند تمام سطوح مشترک مایع، تحت تأثیر کشش سطحی قرار دارد. کشش سطحی نیرویی است که دائماً سعی دارد مرز میان گاز و مایع را به کوچک‌ترین مساحت ممکن برساند. در چنین شرایطی، حباب‌ها به طور کامل فرومی‌پاشند و به حالت مایع یکنواخت بازمی‌گردند؛ بنابراین، یک حباب پایدار باید حاوی گاز کافی باشد تا صرفه‌جویی در انرژی پتانسیل شیمیایی بر کشش سطحی غلبه کند.
پدیده اَبَرجوش (Superheat)
در نتیجه، آب در مایکروویو اغلب تا زمانی که کمی داغ‌تر از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد نشود، نمی‌جوشد؛ این پدیده به‌عنوان اَبَرجوش/ سوپرهیت شناخته می‌شود. نقطه جوش دمایی است که در آن گاز از مایع پایدارتر می‌شود و دمای بالاتر از آن، در واقع انرژی لازم برای تشکیل حباب‌های پایدار را تأمین می‌کند.
عوامل مؤثر بر تشکیل حباب
میرکو گالو ( Mirko Gallo)، متخصص دینامیک سیالات از دانشگاه ساپینزای رم، می‌گوید: گازهای حل‌شده، ناخالصی‌های موجود در آب و سطح ظرف همگی می‌توانند مانع شوند که انرژی لازم برای تشکیل حباب تأمین شود.
این ناهمواری‌ها و بی‌نظمی‌ها درون حجم مایع، نقطه هسته‌زایی متمایزی فراهم می‌کنند که حباب‌ها می‌توانند حول آن تشکیل شوند.
وی می‌افزاید: وقتی حباب روی لبه تشکیل می‌شود، به شکل نیم‌کره درمی‌آید که در مقایسه با حباب کامل در وسط مایع، سطح کمتری دارد. از آنجا که تشکیل سطح کمتر به انرژی کمتری نیاز دارد، این امر توضیح می‌دهد که چرا اولین نشانه‌های جوشش همیشه در دیواره‌های ظرف مشاهده می‌شوند.
جوشاندن آب در مایکرووِیو
در مقابل، در مایکروویو، شرایط غیرمعمول گرمایش، به اندازه‌ای تشکیل حباب را سرکوب می‌کند که می‌توان آب را تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد بالاتر از نقطه جوش عادی در حالت اَبَرجوش نگه داشت.
بوریکو توضیح می‌دهد: امواج الکترومغناطیسی در کل حجم آب نفوذ می‌کنند و مولکول‌ها را برمی‌انگیزند، بنابراین آب را بسیار سریع و یکنواخت گرم می‌کنند. همچنین در مایکروویو معمولاً از ظروف صاف مانند شیشه استفاده می‌شود که فاقد نقاط داغ موضعی برای غلبه بر مانع انرژی هستند.
این ذخیره عظیم انرژی در آبی که بیش از حد داغ شده اما نجوشیده، به محض تکان‌خوردن ظرف، به شکل حبابی غول‌آسا و انفجاری آزاد می‌شود.
گالو تأکید می‌کند که اَبَرجوش منحصر به آب نیست و در هر مایعی ممکن است رخ دهد.
به نقل از ایرنا؛ بوریکو نیز می‌افزاید: آب در مقایسه با بیشترِ مایعات کشش سطحی بسیار بالایی دارد و هرچه کشش سطحی بیشتر باشد، اثر اَبَرجوش چشمگیرتر خواهد بود.