燒過(guò)水的人都知道，水將近燒開(kāi)的時(shí)候發(fā)出的響聲與燒開(kāi)之后發(fā)出的響聲是不同的。將近燒開(kāi)的水發(fā)出的響聲往往比燒開(kāi)的水更刺耳。這就是有些人所說(shuō)的“響水不開(kāi)，開(kāi)水不響”。這里面的道理是什么呢？

要弄明白這個(gè)問(wèn)題，就要知道水是怎樣燒開(kāi)的。我們知道，從水的相圖可以看出壓力與水的飽和溫度的關(guān)系，如圖1中藍(lán)色曲線所示。在壓力為1個(gè)大氣壓（1atm）的時(shí)候，飽和溫度大約為373K（100℃）。也就是說(shuō)，在1個(gè)大氣壓的壓力下，將未飽和的液態(tài)水加熱到飽和（如圖中紅色箭頭所示），則它就要轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝＿@就是為什么我們常說(shuō)水的沸點(diǎn)是100℃。

圖1  水的相圖

(https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_diagram)

但是，在燒水的時(shí)候，水壺里面的水升溫過(guò)程中，水的溫度并不是均勻分布的。由于加熱元件是對(duì)水壺的底部進(jìn)行加熱，所以，水壺通電之后，首先是底部壁面的溫度開(kāi)始升高，當(dāng)?shù)撞勘诿鏈囟瘸^(guò)飽和溫度一定數(shù)值時(shí)（注1），壁面附近一個(gè)薄層里面的水溫也超過(guò)了飽和溫度，壁面上個(gè)別地點(diǎn)（稱為汽化核心）開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，但是這時(shí)離開(kāi)壁面較遠(yuǎn)的水還未達(dá)到飽和溫度。因此，離開(kāi)壁面上升的氣泡到達(dá)上面的低溫水層的時(shí)候，又會(huì)重新凝結(jié)為液態(tài)水，這種氣泡坍縮的過(guò)程對(duì)周圍流體產(chǎn)生擾動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生頻率較高的聲音（有實(shí)驗(yàn)曾測(cè)量過(guò)大約為1kHz^[4]）。這種沸騰工況叫做過(guò)冷沸騰（subcooled boiling，圖2），也叫做欠熱沸騰，所謂“欠熱”，就是指大部分液體的溫度仍然低于飽和溫度。視頻1里面將近沸騰的水正是處于這種沸騰工況，因此發(fā)出的聲音比較刺耳。

圖2  過(guò)冷沸騰（圖片來(lái)自[3]）

隨著加熱繼續(xù)進(jìn)行，水壺里面的水溫繼續(xù)上升，由于對(duì)流的作用，壁面附近的較熱的水會(huì)把熱量傳給上面的較冷的水，終于水壺里面的水全部都達(dá)到飽和溫度。這時(shí)，從底部壁面上升的氣泡不再坍縮，而是一直上升到水面并逸出到空氣中。這種沸騰工況叫做飽和沸騰（saturated boiling，圖3）。由于沒(méi)有氣泡坍縮的過(guò)程，所以也就不再有刺耳的聲音。

圖3  飽和沸騰（圖片來(lái)自[3]）