元祖 [熱の実験室] 第12回 - 「焼け石にお湯」は本当か?

「熱の実験室」のコーナーでは、熱を利用した身近な実験を行なっています。  

  第12回(2003年5月)の実験

 「焼け石に水」といいますが、そのことわざの意味はともかくとして、実際に水をかけると、水は玉になってはじかれてしまいます。そのため、焼け石の温度はなかなか下がりません。
 水は蒸発するときに最も多く熱を奪います。それなら、熱湯をかければ、すぐに蒸発する温度になりますから、水をかけるより冷やす効果が高いはずです。もちろん、熱湯の温度より低くはなりませんが。これを実験で確認することにしました。

 ● お湯で冷やす理由

 20℃の水を加熱すると、沸点の100℃までは直線的に上がりますが、そこから更に温度を上げるには、液体の水を気体の水蒸気にするために、大きな熱量が必要になります。逆に、水で高温の物体を冷却しようとする場合には、この100℃の前後で奪う熱量が大きいということです。

 20℃の水を高温の物体にかけると、水が玉になってはじかれてしまいますから、水は沸騰できないことになり、うまく冷却できません。沸点に近い熱湯なら、わずかな温度上昇で水蒸気になりますから、奪う熱量が多くなって冷却性能が上がるはずです。

 ● 実験の方法

 高温の物体として、アルミ鋳込みヒーター(シーズヒーターをアルミで鋳込んだもの)を使用しました。ヒーターの上に、流量を少なく一定にするためのステンレスパイプ(内径φ4)を取り付けたガラスロートを設置し、ここからお湯または水を注ぎます。
  • アルミ鋳込みヒーター: 250×180×厚さ25 (約3.2kg)
  • 温度測定箇所: アルミ鋳込みヒーターの中央(水を注ぐ場所)の厚さ方向の中心(ヒーター裏側から温度センサーを挿入)
 アルミ鋳込みヒーターを410℃程度まで温度上昇させた後にヒーターの電源を遮断し、自然冷却で400℃になったら、1リットルのお湯または水を注いで冷却します。