發熱包在使用過程中發出的“嘶嘶”聲或類似煎牛排的聲音,主要是由以下幾個物理和化學過程共同作用造成的:
1. 劇烈的化學反應與氣體釋放: 發熱包的成分通常包括生石灰(氧化鈣,CaO)、、碳酸鈉(或碳酸氫鈉)等。當加入冷水后,主要發生兩個關鍵反應:
* 生石灰水合反應: `CaO + H?O → Ca(OH)?`。這個反應本身會釋放大量熱量(放熱反應),是主要熱源之一。雖然此反應劇烈放熱,但本身產生氣體的量相對較少,不是聲音的主要來源。
* 與水在堿性環境下的反應: 生石灰水合后生成的氫氧化鈣 `Ca(OH)?` 使溶液呈強堿性。在堿性條件下,會與水反應產生氫氣:`2Al + 2NaOH + 6H?O → 2NaAl(OH)? + 3H?↑`(其中堿也可以是氫氧化鈣)。這個反應產生大量氫氣(H?)氣泡。這是氣體產生的主要來源。
2. 氣泡的快速產生與逃逸: 上述反應在短時間內產生大量細小的氫氣氣泡。這些氣泡在發熱包內部粘稠的漿狀混合物(包含未反應的固體粉末、反應生成的固體氫氧化鈣、碳酸鈣沉淀等)中迅速形成并聚集。
3. 氣泡與流體運動:
* 氣泡涌出水面: 大量氣泡爭先恐后地涌向發熱包內液體表面。當氣泡到達液面并時,會發出輕微的“噗噗”聲。無數個微小氣泡同時,就匯集成持續的“嘶嘶”聲。
* 氣泡在粘稠液體中運動受阻: 發熱包內部的反應混合物非常粘稠(像糊狀)。氣泡在這種粘稠介質中上升和膨脹的過程會受到更大的阻力,更容易發生擠壓、變形、合并或突然,這些過程本身也會產生噪音。
* 局部過熱與蒸汽產生: 反應初期釋放的熱量非常集中且劇烈,可能導致局部水分瞬間達到沸點或過熱狀態,產生微小的水蒸氣氣泡。這些蒸汽泡在產生和時也會發出聲音,進一步加入到“嘶嘶”的背景音中。
總結來說,聲音的主要來源是:
* 氫氣氣泡的大量、快速產生(化學過程): 在堿性溶液中反應生成了海量的氫氣。
* 氣泡在粘稠介質中的運動、涌出和(物理過程): 這些氣泡在粘稠的糊狀物中上升困難,到達液面后,以及氣泡之間的相互作用(擠壓、合并、突然),共同產生了持續的“嘶嘶”聲。少量水蒸氣泡的產生和也貢獻了一部分聲音。
類比: 這種聲音類似于:
* 將水倒入滾燙的油鍋中(水瞬間汽化產生大量氣泡)。
* 打開碳酸飲料瓶蓋(溶解的CO?氣體快速釋放形成氣泡)。
* 煎牛排時(肉中水分遇到高溫油瞬間汽化)。
因此,發熱包的“嘶嘶”聲本質上是劇烈化學反應(特別是產氣反應)與氣泡動力學物理過程(產生、上升、)相結合的聲學表現。這是反應正在進行、產熱正常的一個明顯標志。隨著反應進行,反應物消耗,產氣速率下降,聲音也會逐漸減弱直至消失。
