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俗语有云：“响水不开，开水不响”，这是一个大家都感受深刻的现象——在水快要烧开前，容器内总是会发出明显的响声，以前的铁壶更是犹如鸣笛一般，但在水烧开之后却会安静得多。这早已被人们视为理所当然的事情，但你又是否了解其背后的科学原理呢？
要明白为什么会“响水不开，开水不响”，我们首先需要知道两个简单的物理学常识：1. 空气在水中的溶解度是随着水温的上升而下降的，也就是说，水温越高其所能溶解的空气就越少；2. 水越深压强越大，反之亦然。需要加热的水本身就含有一定量的空气，并且由于容器内壁表面并非完全光滑，也会吸附有少量空气。在烧水过程中，这些空气变成气泡后的不同情形导致了响或不响的不同结果。
通常情况下，水的沸点是100摄氏度，要将其烧开需要吸收足够的热量，水温的升高是一个渐变的过程。靠近热源的容器底部温度无疑会更高，因此在烧水时会首先在受热面的容器壁上形成许多小气泡。生成气泡后，受热面附近的过热水层会不断向小气泡内加入水蒸气，导致其内部压强增加、体积膨胀、所受浮力增大，当气泡所受浮力大于其与容器壁之间的附着力时就会开始上浮。
在水沸腾之前，容器内不同深度的水层温度并不相同，越靠近受热面附近的水层温度越高，反之越低。气泡在上浮过程中，由于水温会越来越低，再加上泡内部分水蒸气会凝结成饱和蒸汽，导致气泡内压强迅速减小，尽管外部水压也会有所减小，但总体来说仍以前者的减小速度更快。因此，当气泡外压强大于气泡内压强时，上浮的气泡在抵达水面前就会迅速变小和破裂。水温越接近沸点，这种现象就越明显。大量气泡的形成、上浮、然后又缩小破裂的过程使得水内剧烈振荡，发出响声，形成了“响水不开”的现象。
随着对水的继续加热，以及对流和气泡的热传递作用，使得容器内各水层的温度基本趋于稳定。这样，当气泡脱离容器壁上浮时，其内部的饱和蒸气就不会再凝结，同时外部水压也在减小，整体结果是气泡外压强不会大于气泡内压强，最终使得气泡能够迅速膨胀和上浮，直到接触水面并释放出内部的空气和蒸汽。这时，水开始沸腾被烧开，而因为气泡是在水面才破裂，所以形成的振荡明显减弱，便有了“开水不响”的现象。
根据上述原理我们可以推论，对于同等质量的水，如果用来加热的热源功率越高，那么“响水”的时间就会越短、响声也就会越大。有兴趣的朋友不妨对比一下柴火灶烧水和电热水壶烧水时“响水”的动静和时长，就能轻松验证这个小推论了。 |
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