ニチレイから、いま伝えたい食にまつわる
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<第9回> 気化熱の「冷やす力」を知ろう

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 グループコミュニケーション部 広報グループ( 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
(11)気化熱パワーを利用して「エコ冷蔵庫」をつくろう
実験12-1 素焼き植木鉢で「エコ冷蔵庫」をつくろう
実験12-2 「エコ冷蔵庫」をパワーアップさせよう

氷は冷蔵庫でつくるよね。

そうだね。

じゃあ、冷蔵庫はどうやって冷やしてるのかな?

それはボクががんばって体から冷気を・・・・・・。

ウソついちゃダメ!

教えて、氷博士!

どうして氷は電子レンジでとけにくいの?

液体が気体になるときに奪う「気化熱」を利用しています 現在私たちが使っている冷蔵庫やクーラーなど何かを冷やす機械は、ほとんどが「気化熱」を利用しています。気化熱とは、液体が気体になる、つまり気化(蒸発)するときに吸収する熱のこと。蒸発熱とも言います。
例えば、お風呂上がりに濡れたままでいると、体が冷えますね。これは、体についた水滴が蒸発するときの気化熱によるものです。また、アルコールをしみこませた消毒綿で腕を拭くとヒンヤリします。水よりも蒸発しやすいアルコールは、腕についたところからどんどん蒸発して熱を奪っていくため、その部分がヒンヤリ感じるのです。
さらに蒸発しやすい条件にすると、気化熱の効果は高まります。例えば、液体に風を当てたり、液体を細かい粒状にして表面積を増やしたりすると、蒸発しやすくなります。濡れた体で扇風機に当たると、風がないときよりもかなり冷えた、という経験があると思います。また、夏の屋外で、霧状の水を噴霧して涼を取るミストクーラー。水をまいているのにあまり濡れないのは、霧状(非常に細かい水滴)にすることで表面積を増やし、蒸発しやすくしているためです。そして、蒸発するときに周囲の熱を奪って冷やしているのです。
では、気化熱の冷やす力を、実験で確かめてみましょう。

やってみよう!

実験 気化熱を体感しよう! 身近なものを使って、気化熱の効果を体験してみましょう。

実験10-1 濡らしたタオルを振り回すと冷える?

用意するもの

タオル 2本

お湯(火傷しない程度の温度に)

手順
  • 1.タオル2本をお湯で濡らして絞ります。
  • 2.1本はそのまま置いておき(a)、もう1本は端を持ってぐるぐると振り回します(b)
  • 3.両方のタオルを触ってみましょう。温度に違いはあるでしょうか。
予想

実験(10)-1の結果を予想してみましょう。

  • A.どちらも温度は変わらない
  • B.(a)のタオルのほうが、(b)のタオルより冷たくなっている
  • C.(b)のタオルのほうが、(a)のタオルより冷たくなっている

答え C.(b)のタオルのほうが、(a)のタオルより冷たくなっている

実験10-2 お湯を霧状にまくと冷える?

用意するもの

霧吹き

お湯(火傷しない程度の温度に)

手順
  • 1.霧吹きにお湯を入れます。
  • 2.空中に霧吹きでお湯をまいて、その中に顔や手を入れてみましょう。まいたのはお湯ですが、触れた肌に感じる温度はどうなっているでしょう?

答え まいた霧状のお湯に触れると、ヒンヤリと感じたと思います。霧吹きで細かい水滴にすると、表面積が増えて蒸発しやすくなるため、冷やす効果が高まります。

実験 「気化熱」のパワーを計ってみよう! 気化熱で、温度は実際にどれくらい下がるのでしょうか? 温度計を使って測定してみましょう。また、水とアルコールでは、効果に違いがあるでしょうか。

実験11-1 水の気化熱で、温度はどれくらい下がる?

用意するもの

温度計 2本

ガーゼ

水(室温にしておく)

手順
  • 1.温度計を2本用意します。
  • 2.1本はそのまま(a)、もう1本には室温の水で濡らしたガーゼを巻きます(b)。
  •  
  • 3.数分そのまま置いて、2本の温度計の目盛りがどうなるか、観察してみましょう。
予想

実験(11)-1の結果を予想してみましょう。

  • A.水は室温だから、どちらの温度計も同じ温度をさす
  • B.(a)の温度計のほうが、(b)の温度計より低い温度をさす
  • C.(b)の温度計のほうが、(a)の温度計より低い温度をさす

答え C.(b)の温度計のほうが、(a)の温度計より低い温度をさす

実験11-2 どっちが冷える?水vsアルコール

用意するもの

温度計 2本

ガーゼ

水(室温にしておく)

消毒用アルコール(エタノール)

手順
  • 1.温度計を2本用意します。
  • 2.1本には水で濡らしたガーゼを巻き(c)、もう1本には消毒用アルコール(エタノール)で濡らしたガーゼを巻きます(d)。
  •  
  • 3.数分そのまま置いて、2本の温度計の目盛りがどうなるか、観察してみましょう。
予想

実験(11)-2の結果を予想してみましょう。

  • A.どちらの温度計も同じ温度をさす
  • B.(c)の温度計のほうが、(d)の温度計より低い温度をさす
  • C.(d)の温度計のほうが、(c)の温度計より低い温度をさす

答え c.(d)の温度計のほうが、(c)の温度計より低い温度をさす

※沸点の温度(水100℃、エタノール78.6℃)において1kgが蒸発(気化)するのに必要な熱量(kJ)

こんなに簡単なものでも、結構冷えるんだね。気化熱ってスゴいね。

もし、もっと速くたくさん蒸発させることができれば、もっともっと冷やすことができるの?

そうですね。実際に、私の実験室で「すごく蒸発しやすい状態」をつくってみました。この動画を見てください。

■水の入ったフラスコを、真空ポンプに取り付けたら・・・・・・

うわっ、あっという間に氷ができちゃった!

冷やしてないのにどうして!?

これは、さっきレイちゃんが言った「もっと速くたくさん蒸発させる」という状態を、真空ポンプでつくったのです。真空ポンプで引くと、フラスコの中は非常に圧力が低くなって、水が蒸発しやすい状態になります。水蒸気は目に見えないのでいきなり凍ったように見えますが、実は真空ポンプで引いているフラスコの中では、すごい勢いで水が蒸発していっているのです。その気化熱の効果によって、残った水が凍り付いたのですね。

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 グループコミュニケーション部 広報グループ
irinfo@nichirei.co.jp)までご連絡ください。

2019.07.26日 更新

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