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用声音把水“吼”沸

2016-05-14燕子

知识窗 2016年8期
关键词:声源烧水内能

燕子

我们知道,要烧沸一壶水的方法很多,但是不知大家有没有想过,这些烧水的原理其实是不同的。

木柴烧水,利用的是把化学能转化为水的内能;电壶烧水,利用的是电阻丝加热,把电能转化为水的内能;电磁炉烧水,利用的是让电子线路板组成部分产生交变磁场,产生涡流,涡流让铁分子高速无规则运动产生热能,然后转化为水的内能;太阳能烧水,利用的是冷水比热水密度大,形成自然对流循环,把光能转化为水的内能。

那么声音也是一种能量,可不可以用声音让水沸起来呢?言下之意,我想泡茶或冲咖啡时,对着水吼,能把水吼沸吗?

美国沃顿商学院的专家对此进行了实验。首先假设水装在一个立方形容器中,声源为扬声器。而且只考虑平面波,假设声音不会以任何方式传播出去,并且认为声音会被水所减弱。

其中水量为500毫升,室温为293开尔文(20摄氏度)。水沸腾的温度为373开尔文(100摄氏度),水温的变化幅度为80开尔文。用秒表记录500毫升水用锅烧开,所需的时间为83秒。水的比热容c为4.18千焦/(千克·摄氏度),计算结果是水沸需要吸收1.68×10^5焦耳的热量,水的内能增加1.68×10^5焦耳。

专家们让声波穿过容器,通过计算容器中的水吸收功率来设置声源,计算出源头被水吸收的能量为2016瓦。假设吸收系数为0.01秒,那么声源强度为403.4×10^6瓦/平方米。再利用对数尺度来描述声波β的强度水平,测量单位为分贝,其结果是令水沸腾所需的声强级为206分贝!

这个声强级甚至比火箭发射台的还要高。犯不着为了一壶热水,弄出个惊天动地的声响来吧,所以用声音把水吼沸,理论上可以,但实际操作不可行!

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