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「水よりもお湯の方が早く氷になる」の正体はムペンバ効果なのか? 

「水よりもお湯の方が早く氷になる」とNHKの試してがってんで放送され、現在でもその論議が話題になっていますが、

そんなことがありえるのかという、答えを私なりに追求しましたので、紹介します。
こうみえても私も、エンジニアの端くれなので、まぁわからんでもない。ムペンバ効果なのかは、、


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まず、物理的に、水が凍るという現象ですが、水が0℃よりも冷たくなった場合でかつ、激しい水の分子の移動がない場合に、固体化(動かなくなる)するという現象です。

そこで、お湯(60℃以上)と水(一般に16℃)では明らかに、水のほうが冷たいので、同じ条件で冷凍庫にいれれば、水のほうが先に氷りになるのは、当たり前で、熱力学の基本法則からありえないことなんです。

ただし、複数の条件が重なった時に、お湯のほうが最終的に先に凍ることがあるもの事実なんです。
その正体は気化熱による、母体温度の低下および温度保存が生じない場合でかつ滞留現象が生じなかった場合に起こる場合です。

ちょっと難しいかもしれませんが簡単にいえば、以下のとおり。

条件その1
 実は、水はマイナス域でも凍りません。水が動いていない場合に固体化するんです。北極の氷の下や、深海が凍っていないのは水が動いているからです。
 つまり、いちはやく、水を動かさない状態に持っていければ、凍る速度が速くなることになります。
ロックを飲んでいる場合に、氷からゆっくり降りていくような現象が起きるのは、熱対流がおきているからで、水が動いているという証拠です。

条件その2
 容器冷却速度の向上
熱交換理論では、冷やす温度が一定ならば、0℃のものをさらに冷やすよりも、冷やしたい相手の物体温度(カロリー交換)が高い場合のほうが、イオン交換が生じやすいし、断然効率もよい。
 実は温度というのは、分子運動であって、イオン運動をすると発熱し、逆にイオン運動をやめれば、温度が低下するこという現象がある。これを応用したのが、電子レンジ。
 物理上、暖めるのは簡単なのだが、冷やす(分子レベルの活動を低下させる)というのは非常に難しい問題。なので、電子レンジでは冷凍できない。

条件その3
 気化水分の氷結落下現象
少ない水でその現象が起きるのかかなり怪しいのだが、蒸発した水分が急速に冷却されると、結晶化し、他の水分子と結合するため、重力に逆らえず落下するため。つまり、雪が降ったという現象。
 雪=固体なので、ありえないわけではない。しかし、冷蔵庫というスケールで起きるとは思えないことも事実!?

条件その4
温度差違!?
 お風呂で良くある現象なのですが、水からお湯を沸かすと、上はあったかいのですが、実は下は冷たいという現象があります。なので、お風呂のお湯はよく混ぜろといわれるのですが、、
 なので、そのまま冷やせば、、したから凍るのかといえば、そうではなく、冷蔵庫などのように外気から冷やす場合は、周囲からしか凍らないことが多いです。
 つまり、どこの温度を測ったのかということも重要。

という条件があったりしたのかもしれない。

お湯のほうが先に凍るというのは、世界的にこのような現象を「ムペンバ効果」といわれているが、実はその現象は物理的には解明できていない。

NHKのためしてガッテンでも、木のまな板にお湯をかけて実験しているのが非常にみそ。

また、実際にも不可思議な現象が起きることも事実で、これが、ムペンバ効果なのかは不明。

霜がはると、その中はそれ以下の温度にならない保温効果が働く。
これを利用した、氷結散水法という農法がある。さくらんぼで実証されている。

このため、容器に水分が付着すると(結露が付着すると)、容器に霜や氷がついてしまうので、保温効果が働き、容器上面だけからしか冷却効果がなくなる場合もないこともない。
この結果、お湯(なまぬるい水を入れた容器)の方が結露ができないので、早く凍る場合もたしかに存在する。

いずれにせよ、ムペンバ効果はまだ解明さえていない、分野です。

なので、ウソ、やらせと一方的に決めるのは、科学進歩の阻害になると思います。
まぁムペンパ効果はあくまでも、そうゆう場合もあったという現象なんですけどね。


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[ 2008/08/03 16:26 ] 気になるキーワード | TB(0) | CM(0)

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