Почему в кипящей воде нет пузырьков, если она разогрета в микроволновке?

Маленькие пузырьки — первый признак того, что вода в кастрюльке на плите вот-вот закипит. Чем горячее вода, тем больше становятся эти пузырьки, а бурлящее кипение сигнализирует, что вода нагрелась как минимум до 100 градусов Цельсия. Но почему при кипячении в микроволновке в воде не появляются пузыри? Портал livescience.com разобрался в вопросе.

Согласно гидрогазодинамике, наноразмерные пузырьки постоянно появляются и лопаются в воде, нагреваемой на каком-либо источнике тепла, вроде плиты. Но температура, при которой начинают формироваться видимые пузырьки, иногда бывает заметно выше, чем температура кипения воды на бумаге.

Температура кипения означает, что, при превышении этого порога, молекулы более склонны к газообразному состоянию, чем к жидкому. Если нагреть воду до температуры выше примерно 100 градусов Цельсия, собственная энергия молекул воды (или их химический потенциал) ниже для газа, чем для жидкости, что делает пар самой стабильной формой. Но для того, чтобы кипение произошло, необходимы пузыри — а у них есть своя энергетическая стоимость. То, что жидкости «комфортнее» быть паром, не означает, что она благополучно закипит.

Таким образом, температура, при которой вода реально начинает закипать, определяется компромиссом между химическим потенциалом и энергией, которую нужно потратить для формирования пузырьков. Последние выступают своего рода интерфейсом между газообразной и жидкой фазой. И, как и все подобные интерфейсы, он подвержен поверхностному натяжению.

Поверхностное натяжение — это сила, постоянно пытающаяся сжать газожидкостную границу до мельчайшей возможной площади. В случае пузырька это значит, что он схлопнется и целиком станет однородной жидкостью. То есть, стабильный пузырь должен содержать достаточно газа, чтобы химический потенциал превышал поверхностное натяжение.

Иногда вода не закипает, пока не нагреется до температуры чуть выше 100 градусов Цельсия — данный феномен называют перегреванием. Точка кипения отмечает температуру, при которой газообразная форма становится более стабильной, чем жидкая, а дополнительные градусы обеспечивают энергию, необходимую для создания достаточно большого пузыря. Однако на формирование этих пузырей может повлиять ряд факторов. Растворенные в воде газы, нечистоты и поверхность контейнера могут снизить энергетический барьер для формирования пузыря.

В то же время, необычные условия нагрева в микроволновке позволяют перегреть воду вплоть до 20 градусов выше точки кипения. Электромагнитные формы проникают сквозь воду и активируют ее молекулы по всему объему контейнера, тогда как на плите самым горячим всегда будет дно контейнера. К тому же, люди обычно разогревают еду в достаточно гладких контейнерах, в которых обычно не бывает локализованных горячих точек, помогающих перевалить за энергетический барьер.