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LABORATORY熱の実験室

元祖 [熱の実験室] 第20回 - 水の凍結防止　その現象も確認

「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20回（2005年12月）の実験

　お湯を沸かすときは、下の方から加熱しないと、全体が温まらないのは誰でも知っています。そうしないと、上から手を入れると熱いのに、底の方は冷たい、という状態になります。寒い時期には、水が凍らないように加熱することも多いのですが、その場合はどうなっているのでしょうか？　実際に凍結する水の温度を、測定してみました。

　● 実験の方法

　No.5は気温
　10リットル入りの樹脂製バケツの内側に4ヵ所（No.1～No.4）、気温測定用に1ヵ所（No.5）、熱電対を設置しました。このバケツに水を入れて、温度変化を測定しました。
　熱電対は、パソコンに直接データを取り込むタイプのデータロガーに接続して、温度を記録しています。

　● まず、お湯の場合は？

　バケツの上の方に、300Wのヒーターを設置して、加熱しました。

[グラフ-1]
　一番上のNo.1だけは、どんどん温度が上がっていますが、下の方は温度が上がっていません。No.3とNo.4は、気温より低い、はじめの状態から、1℃程度しか上がっていません。
　水は、温度が上がると膨張し、同じ質量での体積が大きくなります（密度が小さくなる）。そのため、上にある熱いお湯はずっと上にあり、対流しないので、このような状態になります。