お湯が冷水よりも速く凍結するのか、それとも冷水がお湯よりも速く沸騰するのか

この一見単純な質問は、かなりの論争を引き起こし続けています。ウィスコンシン州デピアのセントノーバート大学の物理学者である高橋隆正は、決定的な答えを試みます。

「冷水はお湯より速く沸騰しません。液体の加熱速度は、液体とその周囲(ストーブの炎など)の間の温度差の大きさ。その結果、冷水はまだ冷たいうちに熱をより速く吸収します。温水の温度に達すると、加熱速度が遅くなり、そこから沸騰するまでに最初は熱い水と同じくらいの時間がかかります。冷水がお湯の温度に達するまでには時間がかかるため、冷水は明らかにお湯よりも沸騰します。心理的な影響があるかもしれません。前述のように、水が冷たいと熱吸収率が高くなるため、冷水は予想よりも早く沸騰し始めます。

「の最初の部分へ質問-「お湯は冷水よりも速く凍結しますか?」-a nswerは「通常ではありませんが、特定の条件下で発生する可能性があります」です。 1グラムの水を気化させるのに540カロリーかかりますが、1グラムの液体の水を0℃から100℃にするのに100カロリーかかります。水が80℃よりも高温の場合、急速な気化による冷却速度は非常に速くなります。各蒸発グラムは、残された水から少なくとも540カロリーを引き出すため、高いです。これは、通常の熱伝導によって冷却される水1グラムから引き出される摂氏1度あたり1カロリーと比較して、非常に大量の熱です。

「これはすべて、冷却の速度と、冷却の速度に依存します。温水は冷水の前に凍結するのではなく、ぬるま湯の前に凍結することがわかります。たとえば、100℃の水は、60℃よりも暖かい水の前に凍結しますが、60℃よりも冷たい水の前には凍結しません。この現象は特に、寒い冬の日にお湯で車を洗うときなど、急激な蒸発で冷える表面積が水の量に比べて大きい場合に顕著です。

「暑い別の状況冷たい水の鍋と同じ質量の熱い水の鍋が冷凍室に置かれるとき、水はより速く凍結するかもしれません。上記の蒸発の影響があり、また冷凍庫の棚との熱接触は水域の底部を冷却します。水が十分に冷たく、4℃(水が最も濃い温度)に近い場合、下部の氷点下に近い水が上部に上昇します。対流は、水域全体が0℃になるまで続き、その時点ですべての水が最終的に凍結します。水が最初に熱い場合、下部の冷却水は上部の温水よりも密度が高いため、対流は発生せず、上部がまだ暖かいうちに下部が凍結し始めます。この効果と蒸発効果を組み合わせることで、場合によっては冷水よりも温水の凍結が速くなることがあります。もちろん、この場合、冷凍庫は一定の時間内により激しく機能し、お湯からより多くの熱を抽出します。」

バージニア州フェアファックスにあるジョージメイソン大学のロバート・エーリッヒは次のように付け加えています。高橋の指摘のいくつか:

「お湯が冷水よりも早く凍る方法は2つあります。 1つの方法は、お湯の蒸発が速いという事実に依存します。そのため、同じ質量の温水と冷水から始めた場合、すぐに凍結する温水が少なくなり、冷水を追い越して最初に凍結します。質量が小さいほど、凍結時間が短くなるためです。それが起こる可能性のある別の方法(冷凍庫に置かれた平底の水の皿の場合)は、お湯が皿の底の下の氷を溶かし、再凍結するときのより良い熱接触につながる場合です。」

まだ懐疑的ですか?オレゴン州立大学コーバリス校の気象学者であるFred W. Deckerは、読者に自分で質問を解決するように勧めています。

「学ぶための実験を簡単に設定できます。早く凍る:最初は熱い水、または最初は冷たい水。電気ホットプレートの特定の設定を使用して、たとえば1クォートの水を含む特定のポットの開始から沸騰までの時間を計時します。最初に蛇口が提供するのと同じくらい冷たい水から始めて、次にその蛇口から利用できる最も熱い水でそれを繰り返します。最初は熱い水のクォートが、最初は冷たい水のクォートよりもはるかに短い時間で沸騰するように賭けます。

「理想的には、氷点下の温度に設定されたウォークイン冷蔵チャンバーが必要なため、凍結実験の実行は困難です。水で満たされた2クォートの牛乳瓶をチャンバーに入れます。 1つはホットタップから、もう1つはチャンバー外のコールドタップからです。凍結するまでの時間を計ってください。最初は冷たい水が最初の熱い水よりも早く凍結することをもう一度賭けます。」

デッカーは結論付けています。 「多くの民間伝承は、前述の実験が行う「他のすべてのものが等しくなる」ことのない条件下でそのような質問に答えようとすることから生じます。

それでも懐疑的だと感じていますか?Fred W. Decker、コルバリスにあるオレゴン州立大学は、読者が自分で質問を解決することを奨励しています。

「最初は熱い水、最初は冷たい水など、どちらが早く凍結するかを知るための実験を簡単に設定できます。電気ホットプレートの特定の設定を使用して、たとえば1クォートの水を含む特定のポットの開始から沸騰までの時間を計時します。最初に蛇口が提供するのと同じくらい冷たい水から始めて、次にその蛇口から利用できる最も熱い水でそれを繰り返します。最初に熱い水のクォートが最初に冷たい水のクォートよりもはるかに短い時間で沸騰するように賭けます。

「凍結実験は、理想的には散歩が必要なため、実行するのが困難です。氷点下の温度に設定された冷蔵室で。水で満たされた2つのクォート容量の牛乳瓶をチャンバーに入れます。1つはホットタップから、もう1つはチャンバー外のコールドタップからです。凍結するまでの時間を計ってください。最初は冷たい水が最初の熱い水よりも早く凍結することをもう一度賭けます。」

デッカーは、「多くの民間伝承は、そのような質問に答えようとすることから生じます。前述の実験のように、「他のすべてのものを等しくする」ことはしないでください。

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