@ 2016.04.16 , 20:00
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脑洞大开:用声音能把水“吼”沸吗?

论文作者:R. Sankdecha, A. Joshi, S. J. Wharton, L. K. Wharton, J. A. Paice

摘要

本文中,我们研究了用声波令水沸腾的可行性。根据我们的计算,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要高,因此我们认为不可能通过这种方法令水沸腾。

简介

本论文中,我们研究了是否可能用声波将水变沸。

方法

本文中,我们首先假设水装在一个立方形容器中,而声源为扬声器。我们只考虑平面波,并且假设声音不会以任何方式传播出去。图1 标注了声源的位置。图表1中,声源强度为容器中产生的强度,L 为容器的长度。并且认为声音会被水所减弱。

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我们用对数尺度来描述声波β的强度水平,测量单位为分贝(dB)。通过计算容器中的吸收功率来设置声源。功率的吸收产生令水沸腾的能量。得出所有的性能参数后,根据方程(1)计算出强度水平。

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其中,Is 表示声源的强度,Io 为选定的参照强度水平,Io=0.1^12W/m²。为了计算方程(1)中的声源强度水平,使用了方程(2)

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其中,Ps 是源头的功率,A 为容器的面积。假设容器中,水的为500ml。通过该质量,及水的密度(1000kg/m³),可以计算出容器的体积。该容器的长度 L 设为10cm。通过上面计算出的体积,以及 V=AL 这个公式,可以计算出容器的横截面积为0.005m²。声波穿过容器时,被吸收的能量如下:

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其中,Pabs 容器吸收的能量,Ps 为源头能量,Pl 为容器中出现的能量。强度变化可以根据方程(4)来计算

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其中 α 为吸收系数。然后将上述方程与下面的方程(5)相结合

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通过上述方程及方程(2),导出 Pl 的相关方程如下:

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将方程(6)代入方程(3),消去 Pl,则 Ps 的计算方程如下:

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将方程(7)代入方程(2),得出声源强度的计算公式如下:

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被吸收的能量最后可以根据下列方程计算:

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其中 Q 为转移的能量,t 为令水沸腾所需的时间。转移到水中令其沸腾的能量 Q,其计算公式如下:

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其中 m 为水的质量,c 为比热容,Tf 为最终温度,Ti 为水的初始温度。水量为500ml,室温为293K(20℃)。水沸腾的温度为373K(100℃)。因此,水温的变化幅度为80k。水的比热容 c 为 4.18kJ/(㎏·℃)。将这些数值代入方程(10)中,得出 Q 为167200J。用秒表记录500ml水用锅烧开,所需的时间为83s。将这些数值代入方程(7),计算出被吸收的能量为2016W。本文假设吸收系数为0.01/m。将相关数值Pabs、A、L 代入方程(8),得出声源强度为403.4×10^6 W/m²。再将数值代入方程(1),得出声源强度应为206dB。

讨论

从表(1)中可以看出,声音强度206dB,比火箭发射台产生的声音还要大。

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结论

通过计算得出吼沸水需要的声音极大,超出可行范围。因此用声音加沸水是不可行的方法。

本文译自 physics.le.ac.uk,由译者 大脑袋 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 33+1

  1. 3114111

    用了三秒从上拉到下,就看了前一句尾一句,结论是,吃饱了撑的。。。。。。。

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  2. 虵很生气
    @2 years ago
    3114113

    吼啊 .

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  3. 十六夜待宵
    @2 years ago
    3114120

    暴力厨房兄贵表示,这是我的烹饪手法之一,这有什么可研究的。

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  4. 铁球君
    @2 years ago
    3114125

    吼啊~~

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  5. 大尾巴狼
    @2 years ago
    3114126

    你吼啊

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  6. 大尾巴狼
    @2 years ago
    3114127

    水:你吼啊

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  7. 3114128

    现在说不沸腾就不能沸腾,是不是有点钦定的感觉?

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  8. 马赛克
    @2 years ago
    3114129

    兄贵厨房就直接AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA煎蛋就熟了=-=

  9. 邻家乖蜀黍
    @2 years ago
    3114130

    你吼啊 你吼给我看啊

  10. 商周知
    @2 years ago
    3114135

    这是坠吼滴

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  11. Hyperion
    @2 years ago
    3114136

    谁说的,鹿晗的女粉丝就行

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  12. 逗比
    @2 years ago
    3114141

    一可赛艇

  13. 3114142

    评论区实况:
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  14. antiname
    @2 years ago
    3114143

    你们这些膜法师,能不能按照基本法膜啊

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  15. 黑五
    @2 years ago
    3114148

    论科学膜

  16. 3114153

    大跃进的时候还真考虑过这个问题,但是方法就很粗糙了,是在水管出口接一个簧片,靠水流产生振动,说是超声波加热,其实完全违背熵定律。比火箭噪声功率还大的话就比较能接受了。

  17. WalkingAir
    @2 years ago
    3114163

    宽波炉

  18. 3114164

    fus ro dah……

  19. 翅痕
    @2 years ago
    3114181

    这里有个参数就是83秒,这个是指用炉子烧开水的时间,实际上就是希望用声音产生和炉子同样的功率,这么多公式套来套去,然后一个吸收率用0.01替换,不就是声音的功率乘以水表面积除以声音在那个截面整个面积(即声音经过水的功率百分比)再乘以吸收率等于炉子加热被水壶吸收的功率吗?
    时间其实可以加长,增加个10倍也无所谓,吸收率也只是估算,0.01还是0.1完全没概念,距离水的距离也可以调整,还可以考虑箱体内声音的反射,整个都是估计的值,没什么参考价值。

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  20. 3114200

    多找几个人玩英雄萨姆就行了

  21. 3114203

    看不懂内容 光看标题我就觉得它应该没什么用…看了结论确实如此

  22. 3114212

    还以为是Ig诺奖级成果呢,结论好失望

  23. 你在逗我吗
    @2 years ago
    3114223

    不过共振可以

  24. 飞飞小囧
    @2 years ago
    3114228

    你以为你是抓根宝?

  25. skyline
    @2 years ago
    3114252

    小便你这种变相膜蛤的方式会遭报应的

  26. 3114260

    超声波震动可以吗?

  27. 3114386

    超声波加湿器不就可以办到吗,再说还有皮皮虾的声致发光,真空泡破裂的时候几千度都可以达到

  28. 老蛋
    @2 years ago
    3114415

    超声波清洗机里的水经常就到60来度了,我觉得时间再长点,功率再大点,保温效果做好些,令水沸腾不是不能啊

  29. 灰五十度
    @2 years ago
    3114466

    每个字都认识

  30. 空手夺白刃
    @2 years ago
    3114515

    龙息么

  31. 3114595

    不同频率吸收率应该不一样, 如果能产生共振, 表面上看起来, 水是直接就“沸”了

  32. ID太短
    @1 year ago
    3120330

    看了半天然并卵。。

  33. 自己泡面
    @1 year ago
    3159313

    不知道什么叫微波炉吗?

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