マッチに火をつけなさい
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ボトルに少し水を入れ、マッチに火をつけて燃え上がったらそれをボトルの中に入れ、すぐに蓋を閉めます。そうすると問題が生じます。ボトルはいつ負圧を生じるのでしょうか？原因を分析する、
マッチを点火するには酸素が必要で、酸素が消費されて体積が減少するため、負圧が生じる。
マッチを入れて水に当てても消えないの？まだ酸素不足？
瓶に入れると負圧が生じます。燃焼によって空気が消費されるため、燃焼領域の空気圧が低下し、補充のために空気の流れが必要となる。
マッチが燃えると煙が出ますが、消費された酸素を補うことができますか？
瓶に入れると中の酸素が消費され、負圧が生じ始める
私が観察したところでは、マッチが燃えている間はボトルに明らかな変化は見られませんでした。しかし、燃焼が弱まり消えかけると、ボトルが収縮し始めました。これは燃焼による熱エネルギーが内部圧力を上昇させたためではないでしょうか
具体的には、どうやって流れ場のシミュレーションを行うのでしょうか？
マッチが燃焼すると、体積1分の酸素が消費されると同時に、体積1分の二酸化炭素が生成される。そのためボトル内に負圧が生じるが、これはボトルの気密性が悪いためであり、加熱されたガスの体積が膨張し、一部のガスが外に漏れ出し、冷却されると体積が収縮することが原因だ。
“…おそらくボトルの気密性が悪く、加熱によってガスの体積が膨張し、一部のガスが漏れ出し、冷却すると体積が収縮するためだろう…。~~~加熱で膨張したガスは外に漏れ出すのに、なぜ収縮するときにはガスが戻ってこないのか？逆止弁ですか？
燃焼させて瓶に入れるというのは、マッチの着火剤は考慮せず、炭の燃焼のみを考えることであり、最終段階では酸素濃度が低くなるため一酸化炭素が発生し、その結果ガス量は増加する。この点を考慮すると圧力は上昇すべきだが、草木灰は水に溶けるとアルカリ性になり、二酸化炭素はそこに容易に溶け込む。この要因によるガス量の減少は、増えた一酸化炭素の量よりも大きいはずである。したがって、最終的には負圧になるはずだ。。。