Spektrum

Woher kommen die Geräusche des Wasserkochers?

Oft sofort nachdem er eingeschaltet wird gibt ein normaler Wasserkocher ein richtig lautes Geräusch von sich. Statt zu brodeln wie ein Hexenkessel, rauscht er zunächst einmal. Nach und nach verstummt dieses Rauschen, bis man die Blasen hinauf zur Wasseroberfläche aufsteigen sieht. Brodelt und blubbert das Wasser dann richtig, ist auch kein Rauschen mehr zu hören.

Im Gegensatz zum Meeresrauschen und den Geräuschen eines laufenden Wasserhahns sieht man jedoch im Wasserkocher keine Strömung. Die Elektrik allein kann auch nicht dahinter stecken, sonst müsste jeder E-Herd oder auch der leere Kocher Geräusche von sich geben – das ist aber nicht der Fall.

Zwei Diagramme, die die Temperatur abhängig von der Höhe über der Heizplatte in einem Wasserkocher zeigen. Links eine Kurve, die bei großer Höhe eine geringe Temperatur anzeigt, die bei geringen Höhen stark zunimmt. Rechts eine Kurve, die bei großer Höhe schon hohe Temperatur beschreibt, die bei geringer Höhe nur wenig zunimmt. Zur linken Kurve ist schematisch dargestellt, wie viele kleine Bläschen in geringer Höhe implodieren. Bei der rechten Kurve sind es weniger, aber dafür größere Blasen, die erst weiter oben implodieren.
Temperaturverteilung im Wasserkocher

Die physikalische Erklärung ist zunächst unsichtbar. Die Schallwellen, aus denen sich das Rauschen zusammensetzt, entstehen wegen winziger Wasserdampfbläschen. Die Bläschen bilden sich am Boden des Wasserkochers schon sehr schnell, auch wenn das restliche Wasser im Kocher noch ganz kalt ist. Das liegt daran, dass die Heizwendeln in Wasserkochern sehr schnell heiß werden. Sie erhitzen das Wasser in ihrer unmittelbaren Nähe viel schneller, als die Wärme im Wasser sich ausbreiten kann. Es wird also mehr Wärmeenergie an das Wasser abgegeben als dieses abtransportieren kann. In sehr kleinen Bereichen kann das Wasser damit schlagartig aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehen. Das ist schon einmal die erste Schallquelle: Denn dieser Vorgang dauert nur Bruchteile einer Sekunde. Das entstandene Wasserdampfbläschen ist etwa hundertmal größer als das Wasser, aus dem es entstanden war. Diese physikalische Mini-Explosion erzeugt eine Druckwelle, die sich ausbreitet – also nichts anderes als Schall. Weil sie aber im Gegensatz zu chemischen Explosionen eher langsam abläuft, ist dies noch nicht die Hauptursache für das Rauschen.

Im oberen Teil ist die Lautstärkeentwicklung eines Wasserkochers gezeigt. Im unteren Teil ist in drei kleinen Lautstärke-Frequenz-Diagrammen jeweils das Spektrum des Rauschens aufgetragen: Für den Zeitpunkt kurz nach dem Einschalten sind die Frequenzen gleichmäßig verteilt, an der lautesten Stelle überwiegen tiefere Frequenzen, und bei kochendem Wasser sind die tiefen Frequenzen besonders laut.
Frequenzspektrum des Wasserkocher-Rauschens

Die noch mikroskopisch kleinen Bläschen haften erst an der Heizplatte, aber ab einer bestimmten Größe steigen sie natürlich nach oben. Schon nach ganz kurzer Zeit erreichen sie dadurch Wasserschichten, die deutlich kälter als das Wasser direkt an Heizplatte oder Heizspirale sind. Am Rand des Bläschens kondensiert dadurch ein Teil des Wasserdampfs, aus dem es besteht, ganz ähnlich wie in einem feuchtwarmen Raum Wasser an kalten Glasscheiben kondensiert. Damit verringert sich auch der Druck in dem Bläschen rapide. Das Bläschen implodiert nun. Das erzeugt wieder eine Druckwelle und damit auch wieder Schall.

Die Energie, die in dem Bläschen gespeichert ist, wird durch diesen Vorgang weg von der Heizplatte des Wasserkochers transportiert. So erwärmt sich nach und nach das ganze Wasser im Kocher, die entstehenden Bläschen werden größer und können auch immer weiter nach oben steigen, bevor sie wieder implodieren. Ist die Temperatur nahe dem Siedepunkt, schaffen es die Blasen ganz nach oben. Weil im Durchschnitt immer weniger Bläschen implodieren, sondern an der Wasseroberfläche platzen, wandelt sich das Rauschen in ein Blubbern und Brodeln.