Ať už se to stane, pop korek Champagne znamená uvolnění tlaku - jak pro milovníky, kteří se chystají vstřebat, tak pro kapalinu uvnitř. Otevření láhve mění tlak na kapalinu, což umožňuje rozpuštění rozpuštěného oxidu uhličitého a vytvoření charakteristické jiskry ve vaší sklenici.
Související obsah
- 170-rok-staré šampaňské se zotavil (a ochutnal) z vraku Baltského moře
- Věda proč šampaňské popy
- Science of Champagne, Bubbling Wine Created Accident
Zatímco základy toho, proč jsou šampaňské bubliny dobře známé, vědci se stále snaží řešit záhady spojené s tvorbou bublin. Snad překvapivě se bubliny v chlazeném šampaňském chovají podobně jako bubliny ve vroucí vodě používané v parních turbínách, stejně jako bubliny v různých průmyslových aplikacích.
„Bubliny jsou v našem každodenním životě velmi běžné, “ říká Gérard Liger-Belair, fyzik z University of Remeš ve Francii. „Hrají klíčovou roli v mnoha přírodních i průmyslových procesech - ve fyzice, chemickém a mechanickém inženýrství, oceánografie, geofyzika, technologie a dokonce i medicína. Jejich chování je nicméně často překvapivé a v mnoha případech stále ještě zcela nepochopené. “
Jedním z vynikajících tajemství je to, jak rychle se v kapalinách vytvářejí bubliny různých velikostí, což by mohlo pomoci konstruktérům navrhnout účinnější systémy kotlů a zlepšit výkon parních reaktorů. Vědci v Japonsku pomocí superpočítačové síly simulovali bublající kapalinu nyní potvrdili, že to vše spadá do teorie matematiky navržené v 60. letech.
"Je to první krok k pochopení toho, jak se bubliny objevují a jak se bubliny vzájemně ovlivňují během tvorby bublin na molekulární úrovni, " říká spoluautor studie Hiroshi Watanabe, fyzik na Tokijské univerzitě. Výsledky se objeví tento měsíc v Journal of Chemical Physics .
Na šampaňském a ve vroucí vodě procházejí bubliny transformací zvanou Ostwaldovo zrání, pojmenované pro svého objevitele, německého chemika 19. století Wilhelma Ostwalda. Všiml si, že malé částice kapaliny nebo pevné látky v roztoku ustoupí větším, protože větší částice jsou energeticky stabilnější.
V případě bublin jsou molekuly kapaliny na menším povrchu méně stabilní a mají tendenci se oddělit. Současně budou molekuly přitahovány ke stabilním povrchům větších bublin. Postupem času počet malých bublin klesá a počet velkých bublin roste, což dává celkové tekutině hrubší strukturu. "Poté, co se objeví mnoho bublin ve chvíli, kdy se šampaňské odhodí, se počet bublin začne snižovat, " říká Watanabe. "Větší bubliny se zvětšují tím, že jí menší bubliny, a nakonec přežije pouze jedna bublina." Kromě toho, že v nápoji bude tvořit bublinky, dozrává Ostwald za písečnou texturou znovu zmrazené zmrzliny, protože to podporuje tvorbu větší ztuhlé krystaly, když roztavená směs ztuhne.
Kromě oblasti jídla a pití se Ostwaldovo dozrávání vyskytuje v elektrárnách, kde kotle ohřívají vodu, aby získaly tepelnou energii z páry. Složitosti toho, jak se v kotlích vytvářejí bubliny, však nejsou dobře pochopeny, částečně proto, že je těžké znovu vytvořit naprostou hmotu bublin při hře v laboratoři.
Watanabe a jeho kolegové z Kyusyu University a japonských laboratoří RIKEN se obrátili na počítač K, jeden z nejrychlejších superpočítačů na světě. Postavili program pro simulaci chování milionů virtuálních molekul v omezeném virtuálním prostoru, v tomto případě v krabici. Přiřadili každé molekule rychlost a sledovali, jak se pohybují a vytvářejí bubliny. Tým zjistil, že vytvoření jedné bubliny vyžaduje asi 10 000 molekul kapaliny, takže museli zmapovat pohyb zhruba 700 milionů molekul, aby zjistili, jak se bubliny hromadně chovaly. Zde je animace zmenšené verze jejich simulací:
Po vytvoření více bublin nastává Ostwaldovo zrání, dokud nezůstane pouze jedna bublina. (H.Inaoka / RIKEN) Modely pomohly týmu potvrdit, že bubliny sledují matematický rámec navržený v 60. letech s názvem Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW). Nejprve rychlost, kterou mohou molekuly přecházet z kapaliny na plyn, řídí rychlost tvorby bublin. K této transformaci dochází na povrchu bubliny, takže jak se rychlost vypařování zrychluje, rychlost tvorby a růstu určuje rychlost, jakou mohou molekuly kapaliny dosáhnout povrchu bubliny.
Watanabe přirovnává vztah k továrně, kde stroje stojí za procesem formování bublin: „Pokud je výkon strojů v továrně nízký, pak je rychlost výroby závodu určována výkonem strojů. Pokud je výkon strojů dostatečně dobrý, pak je rychlost výroby určena dodávkou zdrojových materiálů. “
Ve vyhřívaných trubkách systému plynových turbín mohou bubliny snižovat výměnu tepla a způsobit opotřebení, když jejich praskání působí malou silou na kovový povrch potrubí. Totéž se stane, když dáte vrtuli do vody: Bubliny se tvoří, popují a postupně poškozují čepele. Turbíny a vrtule byly optimalizovány, aby snížily škodlivé účinky bublin, ale Watanabe zdůrazňuje: „hluboké znalosti o chování bublin nám pomohou najít průlomové nápady, jak je zlepšit.“
Kromě toho, že potenciálně napomáhá účinnosti elektrárny, vidí Watanabe aplikace pro práci v jiných oblastech bohatých na bubliny, jako jsou pole, která používají pěny nebo kovové slitiny. "Věříme, že porozumění chování bublin na molekulární úrovni nám v blízké budoucnosti pomůže zlepšit účinnost mnoha druhů zařízení, " říká.
Na to na zdraví.
