Uanset hvad lejligheden betyder, betyder popen af en Champagne-kork frigivelse af pres - både for gidderne, der er ved at fordøje sig, og for væsken deri. Åbning af flasken ændrer trykket på væsken, så det opløste kuldioxid kan boble ud og skabe den karakteristiske gnist i dit glas.
Relateret indhold
- 170 år gammel champagne gendannet (og smagt) fra et baltisk skibsvrag
- The Science of Why Champagne Pops
- Videnskaben om champagne, den boblende vin oprettet ved ulykke
Mens det grundlæggende om, hvorfor Champagne-bobler er temmelig velkendt, forsøger forskere stadig at løse nogle mysterier relateret til bobeldannelse. Måske overraskende opfører sig bobler i kølet Champagne på samme måde som dem i det kogende vand, der bruges i dampturbiner, såvel som bobler i en række industrielle anvendelser.
"Bobler er meget almindelige i vores hverdag, " siger Gérard Liger-Belair, fysiker ved University of Reims i Frankrig. "De spiller en afgørende rolle i mange naturlige såvel som industrielle processer - inden for fysik, kemisk og mekanisk konstruktion, oceanografi, geofysik, teknologi og endda medicin. Ikke desto mindre er deres opførsel ofte overraskende og i mange tilfælde stadig ikke fuldt ud forstået. ”
Et enestående mysterium er, hvor hurtigt der dannes bobler i forskellige størrelser i væsker, noget der kan hjælpe ingeniører med at designe mere effektive kedelsystemer og forbedre output fra dampdrevne reaktorer. Brug af supercomputer til at simulere boblende væske har forskere i Japan nu bekræftet, at det hele kommer til en matematiksteori, der blev foreslået i 1960'erne.
”Dette er det første skridt for at forstå, hvordan boblerne vises, og hvordan bobler interagerer hinanden under bobledannelse [på] det molekylære niveau, ” siger studiemedforfatter Hiroshi Watanabe, en fysiker ved Tokyo University. Resultaterne vises denne måned i Journal of Chemical Physics .
I Champagne og i kogende vand gennemgår bobler en transformation kaldet Ostwald-modning, opkaldt efter sin opdager, det tyske kemiker Wilhelm Ostwald fra det 19. århundrede. Han bemærkede, at små partikler af enten en væske eller et fast stof i en opløsning vil vige for større, fordi større partikler er mere energisk stabile.
I tilfælde af en boble er molekyler af væske på en mindre overflade mindre stabile og vil have en tendens til at løsne sig. Samtidig trækkes molekyler til de stabile overflader af større bobler. Med tiden falder antallet af små bobler, og antallet af store bobler vokser, hvilket giver den samlede væske en grovere struktur. ”Efter at der har vist mange bobler i øjeblikket, hvor en Champagne [flaske] går ud, begynder populationen af bobler at falde, ” siger Watanabe. ”Større bobler bliver større ved at spise mindre bobler, og til sidst vil kun en boble overleve.” Ud over at styre bobledannelsen i din drik er Ostwald modning bag den sandede tekstur af genfrosset is, fordi det favoriserer dannelsen af større iskrystaller, når den smeltede blanding størkner.
Ud over mad- og drikkevarealet forekommer Ostwald modning i kraftværker, hvor kedler opvarmer vand for at høste den termiske energi fra damp. Imidlertid er vanskelighederne med, hvordan der dannes bobler inden i kedler, ikke godt forstået, til dels fordi det er svært at genskabe den rene masse af bobler, der spiller ved et laboratorium.
Watanabe og kolleger fra Kyusyu University og Japans RIKEN-laboratorier vendte sig mod K-computeren, en af verdens hurtigste supercomputere. De byggede et program til at simulere adfærd fra millioner af virtuelle molekyler i et begrænset virtuelt rum, i dette tilfælde en kasse. Ved at tildele hvert molekyle en hastighed så de, hvordan de bevægede sig og dannede bobler. Holdet fandt ud af, at det kræver ca. 10.000 molekyler væske at danne blot en boble, så de måtte kortlægge bevægelsen af cirka 700 millioner molekyler for at finde ud af, hvordan boblerne opførte sig i en masse. Her er en animation af en nedskaleret version af deres simuleringer:
Efter dannelse af flere bobler opstår Ostwald modning, indtil der kun er en enkelt boble tilbage. (H.Inaoka / RIKEN) Modellerne hjalp teamet med at bekræfte, at bobler følger en matematisk ramme, der blev udtænkt i 1960'erne kaldet Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW) -teori. Først styrer hastigheden, hvormed molekylerne kan overgå fra væske til gas, hastigheden af dannelse af boble. Denne transformation sker ved boblens overflade, så når fordampningshastigheden accelererer, bestemmer hastigheden, hvormed flydende molekyler kan nå boblens overflade, hastigheden for dannelse og vækst.
Watanabe sammenligner forholdet til en fabrik, hvor maskiner står ind for bobledannelsesprocessen: ”Hvis maskinernes ydelse er dårlig, bestemmes fabrikken af maskinens ydelse af ydelsen. Hvis maskinernes ydelse er god nok, bestemmes produktionshastigheden ved levering af kildematerialer. ”
I de opvarmede rør i et gasturbinesystem kan bobler mindske varmeudvekslingen og forårsage slid, når deres popping udøver en lille kraft på rørets metaloverflade. Det samme sker, når du lægger en propel i vand: Bobler dannes, sprænger og gradvist beskadiger knivene. Turbiner og propeller er blevet optimeret til at reducere de skadelige virkninger af bobler, men, understreger Watanabe, "dyb indsigt om boblers opførsel vil hjælpe os med at finde gennembrudte ideer til at forbedre dem."
Ud over potentielt at hjælpe kraftværkets effektivitet ser Watanabe anvendelser til arbejdet i andre boblerige felter, såsom dem, der bruger skum eller metallegeringer. ”Vi tror, at forståelsen af boblenes opførsel på molekylært niveau vil hjælpe os med at forbedre effektiviteten af mange slags enheder i den nærmeste fremtid, ” siger han.
Skål for det.
