В ванной

[shkrobius]

Каждое утро я наблюдаю в ванной интересное явление. Если долго работает горячий душ, комната заполняется "паром" - микроскопичекими капельками конденсированной воды. Когда я вылезаю из душа, я включаю вентилятор на потолке, который засасывает воздух в воздухоотводную трубу. Можно ожидать, что вентилятор будет медленно выкачивать "пар", подсасывая

Comments

[easynik]

В глаза смотерть, быстро отвечать! В конце школы по физике сколько ставили?

[shkrobius]

Надо думать, сейчас Вы мне будете рассказывать, что лопасть вентилятора не может создать ударную волну.

[kilgor]

Можно ещё в ладоши пару раз громко хлопнуть и ожидать просветления атмосферы. Нет, ударная волна тут не причем, это термодинамика. Такое пороговое явление. Туман и конденсация это стопроцентная влажность. Чуть только вы сдернули вентилятором влажность ниже - всё исчезает.

[shkrobius]

И отчего же эта влажность изменится, если убрать верхний 1% воздуха (на деле меньше) с самого верха комнаты?

Я не спорю, что это термодинамика. Только за счет нее и возможна была бы в такой системе ударная волна.

[kilgor]

Там давление насыщенных паров завязано на соотношение температуры, объема и давления. Когда вы выходите из ванной и включаете вентилятор вы сразу все три параметра меняете, из которых давление быстрее всех устанавливается по всему помещению, за время порядка размер помещения делить на скорость звука. Но это не ударная волна, скачка давления не будет. Для ударной волны что-то должно быстрее звука двигаться.

[shkrobius]

Я не выхожу из ванной, а давление уравновешивается притоком воздуха. Когда я приоткрывают дверь, ничего подобного не происходит: "туману" нужно довольно долго смешиваться с внешним воздухом. Да, он может исчезнуть и таким образом, но это явно не то, как он и "просветляется" за секунды после включения вентилятора.

Я с этим не спорю. Но это гетерофазная система. В ней есть чему двигаться быстрее локальной (!) скорости звука. Даже в однородной среде только диссипация энергии предотвращает рост нелинейности при распространению звука, которая даст фронт сжатия. А это перенасыщенная система, в ней избыток энергии.

[kilgor]

Давление внутри при включенном вентиляторе всегда будет меньше атмосферного. Вентилятор уплотняет воздух в отводящей трубе, разрежает в помещении, и только за счёт разницы есть приток снаружи.

Что там движется быстрее скорости звука мне представить сложно. Линейная скорость лопастей обычных вентиляторов её точно не достигает.

[shkrobius]

Оно будет меньше атмосферного и от того, что я вдыхаю воздух.

Звуковая волна движется со скоростью звука. А капли в воздухе могут двигаться относительно этой волны.

[kilgor]

При дыхании давление то уменьшается, то увеличивается, это слабые колебания. Вентилятор смещает давление постоянно.

Чтобы капля почувствовала фронт звуковой волны она должна быть размером порядка длины волны или больше. С микронными каплями эффективно взаимодействовать будет только лютых частот ультразвук. Меньшие частоты для капли будут восприниматься как плавное изменение давления, а не прохождение фронта. Человеческие двадцать кГц это что-то порядка сантиметра. Для микронных капель нужны будут сотни МГц.

[shkrobius]

"Постоянно" означает 1-2 секунды - короче, чем мой вдох.

Все, что капле нужно сделать - столкнуться с другой каплей и дать каплю большего размера. Эта и есть та нелинейность, которая необходима для возникновения фронта. Вы думаете об ударной волне в газе, но фронт ударной волны там, где скачком меняется термодинамичекий потенциал. Так он и изменится скачком, когда сольются капли.

[kilgor]

Хорошо, согласен считать ваше дыхание дополнительным фактором, влияющим на процессы в ванной ))

Не понимаю, откуда должен возникнуть скачок термодинамического потенциала при слиянии двух капель. Формально одна капля отличается от двух только отношением площади поверхности к объему. При этом процесс слияния это нечто относительно плавное и непрерывное, и никакого фазового перехода между состояниями с двумя каплями и состоянием с одной - нет.

Нелинейность в системе вовсе не означает обязательного возникновения каких-то разрывов, скачков и переходов при произвольных условиях. Условия должны быть критическими. При этом для простого описания системы через давление насыщенного пара - критические условия присутствуют, на фазовой диаграмме там полочка возникает или исчезает в зависимости от небольших изменений параметров системы. А для звуковых волн никаких критических условий, как мне кажется, нет.

[shkrobius]

Если так рассуждать, то скачок не происходит никогда, т.к. изменения всегда плавное.

Мне кажется, проблема именно в том, что Вы рассуждаете либо в терминах однофазной системы либо макрогетерофазной, к которым все, что Вы говорите было бы применимо. Вы не учитываете нюансов микрогетерофазной системы вблизи критической точки. Условия и есть критические: все капли примерно критического размера. Я могу дать аналогию, хотя она и не очень хорошая: шарики на воде у пляжа. Волны будут сбивать эти шарики. Примерно по тем же причинам будут сбиваться критические капли. Вы спрашивали, почему хлопок в ладоши это не делает. Он это делает, но не эффективно. Вентилятор это делает на большой площади и против потока воздуха. Вы правильно говорите, что изменение давления идет примерно со скоростью звука. Так и конденсация в такой системе тоже не происходит мгновенно, а идет как фронт вполне аналогичный ударной волне. Степень этой аналогии можно обсуждать.

[kilgor]

Главное тут не плавность, а отсутствие качественного изменения. Например когда схлопывается пузырёк при кавитации - есть качественная разница между начальным состоянием и конечным. А изменение числа и размера капель в воздухе это количественная разница.

Я совсем не понимаю в ваших рассуждениях в чем разница между макро и микро, с чем надо сравнивать размер капли? Что такое критический размер, чем он определяется?

[shkrobius]

Критический размер определяется теорией Келера
https://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%B6hler_theory
Субкритические капли при уменьшении парциального давления капли испаряются, а суперкритические - растут.

Кстати, я нашел некоторые статьи по поведению волн в таких средах, хотя первая плохо подходит к ванной
https://www.dropbox.com/s/zi4k3k72gzhglc4/Sound%20in%20clouds%202011.pdf?dl=0
https://www.dropbox.com/s/rtze3n3njthrjva/Sound%20in%20fog%201995.pdf?dl=0

Довольно сложные теории, несмотря на все упрощения. Во второй описываются конденсационные волны, но в линеаризованном режиме. Первая дает нечто подобное для низких частот.

Сегодня утром я опять слышал резкое изменение звукового тона вентилятора в момент "прояснения".

[kray_zemli]

Когда вы вдыхаете воздух, ваш объём меняется, вы гоняете воздух между наружным объёмом и внутренним, изменение давление минимально.

При включении вентилятора давление и температура падают. Это приводит к небольшому росту пересыщения пара, и конденсация идёт чуть более активно. В процессе перемешивания с вновь поступившим сухим воздухом пересыщение должно падать и приводить снова к испарению.

[shkrobius]

Так вот этот процесс не идет моментально. Он будет распространяться подобно волновому фронту аналогичному ударной волне.