Uansett hvilken anledning, popen av en Champagne-kork betyr frigjøring av press - både for røvere som skal svinne og for væsken der inne. Åpning av flasken endrer trykket på væsken, slik at det oppløste karbondioksid kan boble ut og skape den karakteristiske gnisten i glasset ditt.
Relatert innhold
- 170 år gammel champagne gjenopprettet (og smakt) fra et baltisk forlis
- The Science of Why Champagne Pops
- The Science of Champagne, the Bubbling Wine Created By Accident
Mens det grunnleggende om hvorfor Champagnebobler er ganske godt kjent, prøver forskere fortsatt å løse noen mysterier relatert til bobleformasjon. Kanskje overraskende oppfører bobler i kjølt Champagne seg på samme måte som i det kokende vannet som brukes i dampturbiner, så vel som bobler i en rekke industrielle anvendelser.
"Bobler er veldig vanlige i hverdagen vår, " sier Gérard Liger-Belair, fysiker ved University of Reims i Frankrike. "De spiller en avgjørende rolle i mange naturlige så vel som industrielle prosesser - innen fysikk, kjemisk og mekanisk prosjektering, oseanografi, geofysikk, teknologi og til og med medisin. Likevel er deres oppførsel ofte overraskende, og i mange tilfeller fremdeles ikke helt forstått. ”
Et enestående mysterium er hvor raskt det dannes bobler i forskjellige størrelser i væsker, noe som kan hjelpe ingeniører med å designe mer effektive kjelesystemer og forbedre ytelsen fra dampdrevne reaktorer. Ved å bruke superdatakraft for å simulere boblende væske, har forskere i Japan nå bekreftet at det hele kommer til en matematikkteori som ble foreslått på 1960-tallet.
"Dette er det første trinnet for å forstå hvordan bobler ser ut og hvordan bobler interagerer hverandre under boble-dannelse [på] molekylnivå, " sier studieforfatter Hiroshi Watanabe, fysiker ved University of Tokyo. Resultatene vises denne måneden i Journal of Chemical Physics .
I Champagne og i kokende vann gjennomgår bobler en transformasjon kalt Ostwald-modning, oppkalt etter sin oppdager, det tyske kjemikeren Wilhelm Ostwald fra 1800-tallet. Han la merke til at små partikler av enten en væske eller et fast stoff i en løsning vil vike for større, fordi større partikler er mer energisk stabile.
Når det gjelder en boble, er væskemolekyler på en mindre overflate mindre stabile og vil ha en tendens til å løsne. Samtidig vil molekyler bli trukket til stabile overflater av større bobler. Over tid synker antall små bobler og antall store bobler vokser, noe som gir den generelle væsken en grovere tekstur. "Etter at det har oppstått mange bobler i øyeblikket når en Champagne [flaske] løsner, begynner befolkningen av bobler å avta, " sier Watanabe. "Større bobler blir større ved å spise mindre bobler, og til slutt vil bare en boble overleve." I tillegg til å styre bobleformasjonen i drikken din, er Ostwald-modning bak den sandete strukturen til frosset iskrem, fordi det favoriserer dannelsen av større iskrystaller når den smeltede blandingen stivner.
Utover mat- og drikkevarene råder Ostwald-modning i kraftverk der kjeler varmer vann for å høste den termiske energien fra damp. Imidlertid er vanskelighetene med hvordan boblene dannes i kjelene ikke godt forstått, delvis fordi det er vanskelig å gjenopprette den rene massen av bobler som spiller på et laboratorium.
Watanabe og kolleger fra Kyusyu University og Japans RIKEN-laboratorier vendte seg til K-datamaskinen, en av verdens raskeste superdatamaskiner. De bygde et program for å simulere oppførselen til millioner av virtuelle molekyler i et begrenset virtuelt rom, i dette tilfellet, en boks. Ved å tildele hvert molekyl en hastighet, så de hvordan de beveget seg og dannet bobler. Teamet fant ut at det tar omtrent 10.000 molekyler væske for å danne bare en boble, så de måtte kartlegge bevegelsen av omtrent 700 millioner molekyler for å finne ut hvordan boblene oppførte seg masse. Her er en animasjon av en nedskalert versjon av simuleringene deres:
Etter at det dannes flere bobler, skjer modning av Ostwald til bare en eneste boble gjenstår. (H.Inaoka / RIKEN) Modellene hjalp teamet med å bekrefte at bobler følger et matematisk rammeverk som ble utviklet på 1960-tallet kalt Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW) -teori. Til å begynne med styrer hastigheten som molekylene kan overføre fra væske til gass hastigheten på bobledannelse. Denne transformasjonen skjer ved overflaten av boblen, slik at fordampningshastigheten akselererer, bestemmer hastigheten som flytende molekyler kan nå bobleens overflate hastigheten på dannelse og vekst.
Watanabe sammenlikner forholdet til en fabrikk, der maskiner står inne for bobleformingsprosessen: “Hvis ytelsen til maskiner på fabrikken er dårlig, bestemmes fabrikkens hastighet av maskinens ytelse. Hvis ytelsen til maskiner er god nok, bestemmes produksjonshastigheten av tilførsel av kildematerialer. ”
I de oppvarmede rørene i et gassturbinsystem kan bobler redusere varmevekslingen og forårsake slitasje når poppingen deres utøver en liten kraft på rørets metalloverflate. Det samme skjer når du legger en propell i vann: Bobler dannes, spretter og skader bladene gradvis. Turbiner og propeller er optimalisert for å redusere skadelige effekter av bobler, men, påpeker Watanabe, "dyp innsikt om boblenes oppførsel vil hjelpe oss å finne banebrytende ideer for å forbedre dem."
I tillegg til potensielt å hjelpe kraftverkets effektivitet, ser Watanabe bruksområder for arbeidet i andre boblerike felt, for eksempel de som bruker skum eller metalllegeringer. "Vi tror at forståelsen av boblenes oppførsel på molekylnivå vil hjelpe oss å forbedre effektiviteten til mange slags enheter i løpet av en nær fremtid, " sier han.
Skål for det.
