水中溶有大量的空气,空气在水中的溶解度随温度的升高而降低,在加热过程中,这些空气便会析出,以气泡的形式上升,开始是沿器壁上升的。水快开时,气泡越积越大,但由于水的对流还不是那么强烈,上面的温度低于下面的温度,所以气泡上升时泡内气压减小,由于外界大气压的作用,在上升的过程中气泡体积会逐渐减小,这样大量的气泡在上升时与水发生剧烈的碰撞,向水传递能量,使水剧烈振动而发出很大的响声,这个声音实际上就是水对流发出的声音。所以“响水不开”。
水开后,水的对流基本完成,上下水的温度也一致了,水中溶解的空气也不多了,此时,水就会大量汽化,产生大量的水蒸气,以气泡的形式上升,上升时受水的压强变小,气泡会变大,浮力也会变大,所以气泡会加速上升,直到水面时这些气泡破裂开来,里面的水蒸气就会散发到空气中。这时水的对流已停止,所以气泡对水的振动也减弱,几乎听不到水中的嗡嗡对流声了,而只能听到气泡到达水面的破裂声。这就是“开水不响”。
我们知道,水中能溶有少量空气,容器壁的表面小空穴中也吸附着空气, 这些小气泡起气化核的作用。 水对空气的溶解度及器壁对空气的吸附量随温度的升高而减少, 当水被加热时,气泡首先在受热面的器壁上生成。
气泡生成之后,由于水继续被加热,在受热面附近形成过热水层,它将不断地向小气泡内蒸发水蒸汽,使泡内的压强(空气压与蒸汽压之和) 不断增大,结果使气泡的体积不断膨胀,气泡所受的浮力也随之增大, 当气泡所受的浮力大于气泡与壁间的附着力时,气泡便离开器壁开始上浮。
在沸腾前,窗口里各水层的温度不同,受热面附近水层的温度较高, 水面附近的温度较低。气泡在上升过程中不仅泡内空气压强P。 随水温的降低而降低,泡内有一部分水蒸汽凝结成饱和蒸汽,压强亦在减小,而外界压强基本不变,此时,泡外压强大于内压强, 于是,上浮的气泡在上升过程中体积将缩小,当水温接近沸点时, 有大量的气泡涌现,接连不断地上升,并迅速地由大变小,使水剧烈振荡, 产生"嗡,嗡"的响声,这就是"响水不开"的道理。
对水继续加热,由于对流和气泡不断地将热能带至中、上层 ,使整个溶器的水温趋于一致,此时,气泡脱离器壁上浮, 其内部的饱和水蒸汽将不会凝结,饱和蒸汽压趋于一个稳定值。 气泡在上浮过程中,液体对气泡的静压强随着水的深度变小而减小, 因此气泡壁所受的外压强与其内压强相比也在逐渐减小, 气泡液--气分界面上的力学平衡遭破坏,气泡迅速膨胀,加速上浮, 直至水面释出蒸汽和空气,水开始沸腾了。也就是人们常说的"水开了", 由于此时气泡上升至水面破裂,对水的振荡减弱,几乎听不到"嗡嗡声", 这就是"开水不响"的原因。