Ükskõik, kus iganes see ka poleks, tähendab šampanjakorgi popp rõhu vabastamist - nii imbunud ilmutajatele kui ka sees olevale vedelikule. Pudeli avamine muudab vedeliku survet, lastes lahustunud süsinikdioksiidil mullituda ja luua klaasile iseloomuliku sädeme.
Seotud sisu
- Balti laevahukust taastunud (ja maitsnud) 170-aastane šampanja
- Teadus, miks šampanja hüppab
- Šampanja teadus, õnnetuse tagajärjel tekkinud mullivein
Ehkki põhitõed, miks šampanja mullid on üsna hästi teada, püüavad teadlased ikkagi lahendada mullide moodustumisega seotud saladusi. Võib-olla üllatavalt käituvad jahutatud šampanjas olevad mullid sarnaselt auruturbiinides kasutatava keeva veega, samuti mitmesuguste tööstuslike rakenduste mullid.
"Mullid on meie igapäevaelus väga levinud, " ütleb Prantsuse Reimsi ülikooli füüsik Gérard Liger-Belair. "Neil on ülioluline roll nii looduslikes kui ka tööstuslikes protsessides - füüsikas, keemias ja masinaehituses, okeanograafia, geofüüsika, tehnoloogia ja isegi meditsiin. Sellegipoolest on nende käitumine sageli üllatav ja paljudel juhtudel ei mõisteta seda endiselt täielikult. ”
Üks silmapaistev mõistatus on see, kui kiiresti moodustuvad vedelikes erineva suurusega mullid - asi, mis võiks aidata inseneridel kavandada tõhusamaid katlasüsteeme ja parandada aurutoitel töötavate reaktorite võimsust. Kasutades mullitava vedeliku simuleerimiseks superarvuti võimsust, kinnitasid Jaapani teadlased nüüd, et see kõik taandub 1960ndatel välja pakutud matemaatikateooriale.
"See on esimene samm, et mõista, kuidas mullid ilmuvad ja kuidas mullid üksteisega mullide moodustumise ajal molekulaarsel tasemel suhestuvad, " ütleb uuringu kaasautor Hiroshi Watanabe, Tokyo ülikooli füüsik. Tulemused ilmuvad sel kuul ajakirjas Chemical Physics .
Šampanjas ja keeva veega läbivad mullid muutmise, mida nimetatakse Ostwaldi küpsemiseks ja mida nimetati selle avastaja, 19. sajandi Saksa keemiku Wilhelm Ostwaldi järgi. Ta märkas, et lahuses olevad vedeliku või tahke aine väikesed osakesed annavad teed suurematele, sest suuremad osakesed on energeetiliselt stabiilsemad.
Mulli korral on väiksema pinna vedeliku molekulid vähem stabiilsed ja kipuvad eemalduma. Samal ajal tõmmatakse molekulid suuremate mullide stabiilsele pinnale. Aja jooksul väheneb väikeste mullide arv ja kasvab suurte mullide arv, andes üldisele vedelikule jämedama tekstuuri. "Pärast seda, kui šampanja [pudeli] lahti võtmise hetkel on ilmunud palju mullid, hakkab mullide arv vähenema, " ütleb Watanabe. “Suuremad mullid muutuvad väiksemate mullide söömisel suuremaks ja lõpuks jääb ellu ainult üks mull.” Lisaks joogi mullide moodustamise juhtimisele on Ostwaldi valmimine ka uuesti külmutatud jäätise liivase tekstuuri taga, kuna see soodustab suuremad jääkristallid, kui sulatatud segu tahkub.
Lisaks toidu- ja joogimaardlale toimub Ostwaldi valmimine elektrijaamades, kus katlad soojendavad vett aurust soojusenergia saamiseks. Kuid keerukused, kuidas kateldes mullid moodustuvad, pole hästi mõistetavad, osaliselt seetõttu, et laboris mängimise ajal on raske mullide massi uuesti luua.
Watanabe ja kolleegid Kyusyu ülikoolist ja Jaapani RIKENi laboritest pöördusid K-arvuti poole, mis on üks maailma kiireimaid superarvuteid. Nad ehitasid programmi miljonite virtuaalsete molekulide käitumise simuleerimiseks piiratud virtuaalses ruumis, antud juhul kastis. Igale molekulile kiirust määrates jälgisid nad, kuidas nad liikusid ja mullid moodustasid. Meeskond sai teada, et vaid ühe mulli moodustamiseks kulub umbes 10 000 molekuli vedelikku, mistõttu pidid nad kaardistama umbes 700 miljoni molekuli liikumise, et välja mõelda, kuidas mullid massiliselt käitusid. Siin on nende simulatsioonide vähendatud versiooni animatsioon:
Pärast mitmete mullide moodustumist valmib Ostwald seni, kuni järele jääb ainult üks mull. (H.Inaoka / RIKEN) Mudelid aitasid meeskonnal kinnitada, et mullid järgivad 1960. aastatel välja töötatud matemaatilist raamistikku, mida nimetatakse Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW) teooriaks. Alguses reguleerib mullide moodustumise kiirus, millega molekulid võivad vedelikust gaasini üle minna. See muundumine toimub mulli pinnal, nii et aurustumiskiiruse kiirenedes määrab moodustumise ja kasvu kiiruse, millega vedelad molekulid jõuavad mulli pinnale.
Watanabe hindab suhet tehasega, kus masinad seisavad mullide moodustamise protsessi eest: „Kui tehases on masinate jõudlus halb, siis määrab tehase tootmiskiirus masinate jõudluse. Kui masinate tööparameetrid on piisavalt head, määratakse toodangu määr lähtematerjalide pakkumisega. ”
Gaasiturbiinisüsteemi kuumutatud torudes võivad mullid vähendada soojusvahetust ja põhjustada kulumist, kui nende avanemine avaldab toru metallpinnale väikest jõudu. Sama asi juhtub siis, kui paned propelleri vette: Mullid tekivad, tekivad ja kahjustavad labasid järk-järgult. Turbiinid ja propellerid on mullide kahjuliku mõju vähendamiseks optimeeritud, kuid Watanabe juhib tähelepanu sellele, et "sügav ülevaade mullide käitumisest aitab meil leida läbimurre ideid nende parandamiseks."
Lisaks potentsiaalselt elektrijaamade efektiivsusele kaasaaitamisele näeb Watanabe rakendusi tööks muudes mullirikastes väljades, näiteks sellistes, kus kasutatakse vahtusid või metallisulameid. "Usume, et mullide käitumise mõistmine molekulaarsel tasemel aitab meil lähitulevikus parandada mitmesuguste seadmete tõhusust, " ütleb ta.
Rõõmustab see.
