ニチレイから、いま伝えたい食にまつわる
よもやま話が集まって、ひとつの「こおらす」奏でます

<第3回> 氷と温度変化のふしぎ

氷の実験室

ニチレイのルーツをさかのぼると、明治時代に設立されたふたつの製氷会社にたどりつきます。この二社はその後合併し、全国のたくさんの製氷会社を吸収して段々大きくなっていきました。もともとニチレイは氷屋さんだったということになります。今もグループの中には 株式会社ニチレイアイス という会社があって、大手の製氷メーカーです。

氷が大好きなニチレイはこの「氷の実験室」で、みなさんと一緒に「氷」の秘密をじっと見つめ考えていきたいと思います。雪と氷が大好きなレイちゃんとロジロジくん、氷博士の石井先生と一緒に、氷の不思議に触れてみましょう。

石井寛崇
(いしい・ひろたか)

ニチレイ 技術戦略企画部基盤研究グループ
冷凍食品のおいしさにも深く関わる氷について、日々研究を重ねている。

レイちゃんとロジロジくん
ニチレイロジグループのキャラクター

この「氷の実験室」は、自由研究など幅広く活用していただきたいと思って作りました。非営利目的での複製・転載などについてご希望がある場合は、株式会社ニチレイ広報部( irinfo@nichirei.co.jp )までご連絡ください。

目次

(1)氷の「重さ」を考える
実験1 氷は水に沈む?浮かぶ?
実験2 水と氷の体積変化と重さ比べ
実験2-1 食用油を凍らせてみよう
実験2-2 水と氷と油の重さ比べ
(2)氷の温度を知ろう
実験3 氷の温度を測ってみよう
(3)氷と温度変化
実験4 0℃の氷と100℃のお湯を混ぜると何℃になる?
(4)いろいろな液体を凍らせてみよう
実験5-1 濃さの違うシロップ水の凍り方比べ
実験5-2 食塩水と砂糖水の凍り方比べ
(5)凍り方の不思議
実験6-1 色つき水の凍り方を調べよう
実験6-2 水が凍る瞬間を見てみよう
(6)とけ方で氷を見分けよう
実験7 どの氷が早くとける?
(7)電子レンジで氷をとかすと…
実験8-1 氷を電子レンジにかけるとどうなる?
実験8-2 氷と水を同時に電子レンジにかけるとどうなる?
(8)熱の運ばれ方と氷の溶け方の関係
実験9-1 扇風機の前に置いた氷のとけ方を見てみよう
実験9-2 風が強いと氷は速くとける?
(9)「気化熱」を体感しよう!
実験10-1 濡らしたタオルを振り回すと冷える?
実験10-2 お湯を霧状にまくと冷える?
(10)「気化熱」のパワーを計ってみよう!
実験11-1 水の気化熱で温度はどれくらい下がる?
実験11-2 どっちが冷える?水vsアルコール

熱い紅茶に氷を入れてアイスティーをつくろう!

冷たくておいしいね。氷の冷やす力って、すごいよね。

あれ? でも、100℃くらいの紅茶に0℃くらいの氷を入れたら、温度はだいたい真ん中の50℃くらいになるんじゃないのかな?

やってみよう!

実験4 0℃の氷と100℃のお湯を混ぜると何℃になる?

0℃の氷と100℃のお湯を同量混ぜて、温度を測ってみましょう。

用意するもの
氷約1㎏
沸騰させた(100℃)お湯
ザル
大きめのボウル
温度計
手順
1. まず、0℃の氷をつくりましょう。氷を冷蔵庫の中にしばらく置いておくと、氷の温度が上がり、0℃になったところでとけ出します。ときどきかき混ぜて全体の温度を均一にしながら半分くらいとかすと、0℃の水の中に0℃の氷が浮かんでいる状態になります。
2. お湯を沸騰させておきます(沸騰しているお湯は、ちょうど100℃です)。
3. 1の状態から、氷と水をザルで分けます。
4. 3の氷をボウルなどに入れて重さを量り、そこに同じ重さだけ沸騰したお湯を注ぎます。(やけどに注意!)
5. かき混ぜて氷をとかし、全部とけたところで温度を測ってみましょう。
予想
実験4の結果を予想してみましょう。
A. 50℃になる
B. 50℃より高い温度になる
C. 50℃より低い温度になる

答え C.50℃より低い温度になる 0℃の水と100℃のお湯を同じ量混ぜると、約50℃になります(手順1でつくった0℃の水に100℃のお湯を同量注いで試してみましょう)。しかし、0℃の氷と100℃のお湯では、50℃よりもかなり低い温度(気温など条件にもよりますが、今回の実験では約15℃になりました。理論的には(熱の出入りがなければ)10℃)になります。

どっちも同じ0℃にしたのに、どうして氷と水とでは違う温度になるんだろう?

教えて!氷博士!!

教えて!氷博士5 0℃の氷と100℃のお湯を混ぜて50℃にならないのはなぜ?

氷をとかすには、大きなエネルギーが必要です。 氷がとけて水になるためには、実はかなりのエネルギーが必要です。0℃の氷1gをとかして0℃の水にするのに必要なエネルギーは、約80cal(約334J)。水1gの温度を1℃上げるのに必要なエネルギーが1calなので、それと比べると、氷をとかすためには、かなり大きなエネルギーが必要(※)だということがわかりますね。  そのため、100℃のお湯に0℃の氷を入れると、お湯の持っている熱エネルギーの多くは、氷をとかすために使われてしまうので、100℃のお湯と0℃の水を混ぜた場合と比べて、温度が大幅に低くなるのです。つまり、「氷はとけるときに周りを冷やす働きがある」ともいえますね。

※この理由を説明するには、「物質の状態」がポイントになります。物質は、原子や分子など目に見えないたくさんの粒によってできています。また、物質の状態(気体か液体か固体か)は、物質をつくる粒の「動き回る度合い」によって決まります。固体は、物質をつくる粒の位置がほぼ固定されている状態なのに対し、液体は物質をつくる粒同士が互いに影響し合いながらも、動き回ることができる状態です。そして、粒が動き回るにはエネルギーが必要になります。つまり、氷(固体)が水(液体)になるときには、外からエネルギーを与えて、粒が動き回ることができる状態にする必要があるのです。
逆に、水(液体)が氷(固体)になるときには、余分のエネルギーが熱として放出されます。1gの水が氷になるときには、約80calのエネルギーが放出されます。過冷却状態( 第5回「凍り方の不思議」の「教えて!氷博士(8)」 参照)の水が凍るときの温度変化を精密な温度計で測ってみると、-7~-8℃になっていた水が、凍っていくにしたがって温度が上がることがわかります。

非営利目的での複製・転載などについてご希望がある場合は、株式会社ニチレイ広報部( irinfo@nichirei.co.jp )までご連絡ください。

2012.07.27 更新

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