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小小茶葉,誰(shuí)主沉浮(7)

再冷門(mén)的問(wèn)題也有最熱鬧的答案 作者:科學(xué)松鼠會(huì)和它的朋友們


剛一沖茶時(shí),熱水使“水箱”中的氣體加熱,迅速膨脹,超出“水箱”體積。超出的部分混雜在沖茶泛起的泡沫中,逃過(guò)了我們的眼睛?!八洹敝惺S嗟臒峥諝庠诓杷匀焕鋮s的過(guò)程中收縮,從而相當(dāng)于潛艇水箱中的空氣被“壓縮”了,讓水進(jìn)來(lái),實(shí)現(xiàn)了“下潛”。

八爪魚(yú)還有一個(gè)關(guān)于水溫的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)用溫度低的水沖茶時(shí),茶葉的下降率降低了。這是因?yàn)樗疁氐蛯⒉荒苁埂八洹眱?nèi)的氣體充分膨脹,也就不能排出多少氣體。那么在溫度下降

的過(guò)程中,要使這些氣體收縮到失去足夠浮力的程度,就需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

另外,與一般的茶葉相比,白毫銀針有一個(gè)特點(diǎn):茶汁不易浸出,沖泡時(shí)間較長(zhǎng)。這從側(cè)面說(shuō)明了,白毫銀針下水時(shí)并未直接與水接觸,而是被葉片表面的纖毛層的氣體包裹,所以才不易泡出茶湯。但最終當(dāng)氣體體積變得很小時(shí),在表面張力作用下會(huì)收縮成小氣泡。于是絕大部分的茶葉表面就得以與水親密接觸了。

hbchendl在答案中提到熱水由于杯底散熱,所以有上小下大的密度梯度。但實(shí)際情況恰恰相反。因?yàn)楸紫率亲烂?,而通常桌面都不是熱的良?dǎo)體,會(huì)被杯子迅速加熱到與水接近的溫度(把杯子端起來(lái)摸摸放杯子位置的桌面就知道了,不過(guò)要小心燙著)。由于溫度接近,會(huì)進(jìn)一步降低熱傳導(dǎo)的效率。

反觀杯口的水面,不但通過(guò)熱輻射和對(duì)流高效散熱,還通過(guò)水的氣化作用放熱(氣化是吸熱反應(yīng),但從茶水的角度看,熱量被吸走就相當(dāng)于自己放熱)。這些作用的降溫效果都要好過(guò)杯底與桌面的直接傳熱。所以實(shí)際上杯口的水溫要低于杯底,相應(yīng)水的密度也就大于杯底。所以,熱水杯里才會(huì)有對(duì)流,進(jìn)一步幫助散熱。否則的話(huà),估計(jì)人類(lèi)到現(xiàn)在都還沒(méi)發(fā)明保溫杯呢——因?yàn)闆](méi)必要嘛!

這種上大下小的密度梯度看似加速了茶葉的下沉(因?yàn)樵酵鲁?,浮力越?,但實(shí)際上,像白毫銀針這些浮沉現(xiàn)象明顯的茶葉能在下沉中逐漸停下來(lái),懸浮在水中央。這是因?yàn)樯系拖赂叩臏囟忍荻鹊拇嬖?。隨著下沉,環(huán)境水溫有所增高,氣體略微膨脹,浮力加大。當(dāng)?shù)竭_(dá)某個(gè)深度,浮力能與重力抵消時(shí),茶葉就將懸浮在此處。當(dāng)然,具體的分析還要考慮茶葉的下沉速度和水的阻力等因素,但總體上是一個(gè)有阻尼的收斂振蕩。


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