¿Por qué las burbujas en el refrigerador de agua consigue más grande que el nivel es más bajo?

Question

Tengo una típica oficina enfriador de agua que utiliza un 19 botella de litro como un reservorio. La botella es invertida en la base de la nevera con su cuello debajo del nivel de agua en el refrigerador de embalse. La presión de aire (o, más precisamente, la reducción de la presión sobre el agua en la botella) deja que el agua fluya hacia afuera una vez que el nivel en el refrigerador de la base del alcance de la botella de cuello.

He notado que el tamaño de las burbujas que entran en la botella como el agua se retira es inversamente proporcional a la cabeza (altura de agua en la botella). Por ejemplo, cuando la botella está llena de agua (cabeza ~50cm) toma alrededor de 100 burbujas para llenar la jarra puedo usar para recoger el agua. Cuando la botella está casi vacío (cabeza ~ 15cm) tarda sólo 20 burbujas para llenar la misma jarra. Las pequeñas burbujas cuando la botella está llena también entrar más rápido (es decir, más frecuentemente), pero el tiempo, que se siguen durante un largo periodo después de cerrar la válvula de llenado mi jarra.

Datos: Botella de ~50 cm de la cabeza: unos 100 burbujas de aire para retirar unos 2 litros de agua. Botella casi vacía ~15 cm de la cabeza: unos 20 burbujas de aire para retirar unos 2 litros de agua.

Estoy en una pérdida para entender la física detrás de este fenómeno.

El agua de la botella (y burbujas de entrar para reemplazar el volumen perdido) hasta que el nivel del agua en el embalse (básicamente un cubo con una válvula en la base) alcanza el cuello de la botella invertida en lo que más impide la entrada de aire. El agua es removido desde el embalse por la apertura de la válvula. Esto reduce el nivel de agua en el depósito por debajo de la boca de la botella que permite que entre más aire a la burbuja y a salir agua hasta que el nivel se alcanza de nuevo el cuello de la botella. Como el aire es atraído a presión atmosférica estoy confundido por el cambio de tamaño y la frecuencia de las burbujas.

Aquí es un dibujo esquemático del aparato (disculpas por la pésima habilidades de dibujo).

Answer 1

Esto es más probable que sólo la ley del gas ideal en el trabajo.

Como usted se mueve más en un líquido, la presión está dada por $$P=\rho gh$$

Donde $\rho$ es la densidad del fluido, $g$ es la aceleración debida a la gravedad, y $h$ es la profundidad en el fluido.

De acuerdo a la ley de los gases ideales $$V=\frac{nRT}{P}=\frac{nRT}{\rho gh}$$

Como se puede ver, el volumen y el nivel de agua están inversamente relacionadas. Un menor nivel de agua significa un mayor volumen.

Cualitativamente, cuando el nivel del agua es menor, hay menos presión para empujar las burbujas, por lo que son capaces de ampliar a un tamaño mayor.

Por lo tanto, para la misma cantidad de agua que sale de la nevera (lo que significa que la misma cantidad de aire que entra en el refrigerador), cuando el nivel del agua es mayor, la cantidad de aire que entra es dividido en pequeñas burbujas, dando una mayor frecuencia de burbujas. A bajos niveles de agua, la misma cantidad de aire se divide en un número menor de grandes burbujas en una menor frecuencia. Yo creo que la presión de agua en la parte inferior de la nevera también contribuye a este, como una mayor presión de "cortar" la formación de burbujas debido a las grandes fuerzas en la base de las burbujas.

Estoy seguro acerca de la continuación de burbujas después de que la válvula ha cerrado. Podría ser sólo el tiempo que toma para que el aire fluya a la porción de agua de la nevera, y la tasa de flujo de aire podría depender del nivel de agua así. También, tal vez hay alguna manera de que el refrigerador funciona a propósito de tomar en el aire una cierta manera que no me doy cuenta de. Has mirado en el funcionamiento interno de la nevera?