發(fā)熱包在使用過程中發(fā)出的“嘶嘶”聲或類似煎牛排的聲音,主要是由以下幾個(gè)物理和化學(xué)過程共同作用造成的:
1. 劇烈的化學(xué)反應(yīng)與氣體釋放: 發(fā)熱包的成分通常包括生石灰(氧化鈣,CaO)、、碳酸鈉(或碳酸氫鈉)等。當(dāng)加入冷水后,主要發(fā)生兩個(gè)關(guān)鍵反應(yīng):
* 生石灰水合反應(yīng): `CaO + H?O → Ca(OH)?`。這個(gè)反應(yīng)本身會(huì)釋放大量熱量(放熱反應(yīng)),是主要熱源之一。雖然此反應(yīng)劇烈放熱,但本身產(chǎn)生氣體的量相對較少,不是聲音的主要來源。
* 與水在堿性環(huán)境下的反應(yīng): 生石灰水合后生成的氫氧化鈣 `Ca(OH)?` 使溶液呈強(qiáng)堿性。在堿性條件下,會(huì)與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣:`2Al + 2NaOH + 6H?O → 2NaAl(OH)? + 3H?↑`(其中堿也可以是氫氧化鈣)。這個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣(H?)氣泡。這是氣體產(chǎn)生的主要來源。
2. 氣泡的快速產(chǎn)生與逃逸: 上述反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量細(xì)小的氫氣氣泡。這些氣泡在發(fā)熱包內(nèi)部粘稠的漿狀混合物(包含未反應(yīng)的固體粉末、反應(yīng)生成的固體氫氧化鈣、碳酸鈣沉淀等)中迅速形成并聚集。
3. 氣泡與流體運(yùn)動(dòng):
* 氣泡涌出水面: 大量氣泡爭先恐后地涌向發(fā)熱包內(nèi)液體表面。當(dāng)氣泡到達(dá)液面并時(shí),會(huì)發(fā)出輕微的“噗噗”聲。無數(shù)個(gè)微小氣泡同時(shí),就匯集成持續(xù)的“嘶嘶”聲。
* 氣泡在粘稠液體中運(yùn)動(dòng)受阻: 發(fā)熱包內(nèi)部的反應(yīng)混合物非常粘稠(像糊狀)。氣泡在這種粘稠介質(zhì)中上升和膨脹的過程會(huì)受到更大的阻力,更容易發(fā)生擠壓、變形、合并或突然,這些過程本身也會(huì)產(chǎn)生噪音。
* 局部過熱與蒸汽產(chǎn)生: 反應(yīng)初期釋放的熱量非常集中且劇烈,可能導(dǎo)致局部水分瞬間達(dá)到沸點(diǎn)或過熱狀態(tài),產(chǎn)生微小的水蒸氣氣泡。這些蒸汽泡在產(chǎn)生和時(shí)也會(huì)發(fā)出聲音,進(jìn)一步加入到“嘶嘶”的背景音中。
總結(jié)來說,聲音的主要來源是:
* 氫氣氣泡的大量、快速產(chǎn)生(化學(xué)過程): 在堿性溶液中反應(yīng)生成了海量的氫氣。
* 氣泡在粘稠介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)、涌出和(物理過程): 這些氣泡在粘稠的糊狀物中上升困難,到達(dá)液面后,以及氣泡之間的相互作用(擠壓、合并、突然),共同產(chǎn)生了持續(xù)的“嘶嘶”聲。少量水蒸氣泡的產(chǎn)生和也貢獻(xiàn)了一部分聲音。
類比: 這種聲音類似于:
* 將水倒入滾燙的油鍋中(水瞬間汽化產(chǎn)生大量氣泡)。
* 打開碳酸飲料瓶蓋(溶解的CO?氣體快速釋放形成氣泡)。
* 煎牛排時(shí)(肉中水分遇到高溫油瞬間汽化)。
因此,發(fā)熱包的“嘶嘶”聲本質(zhì)上是劇烈化學(xué)反應(yīng)(特別是產(chǎn)氣反應(yīng))與氣泡動(dòng)力學(xué)物理過程(產(chǎn)生、上升、)相結(jié)合的聲學(xué)表現(xiàn)。這是反應(yīng)正在進(jìn)行、產(chǎn)熱正常的一個(gè)明顯標(biāo)志。隨著反應(yīng)進(jìn)行,反應(yīng)物消耗,產(chǎn)氣速率下降,聲音也會(huì)逐漸減弱直至消失。
