生活の中の化学工学 – 問題6 – 既存の正解
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この投稿は最後にyjqin1によって2015年8月20日18時44分に編集されました。子供の頃、家では冬になるとストーブを使っていました。ストーブの上に直接やかんを置いてお湯を沸かすと、真っ赤な火とやかんの底が直接触れ合います。しかし、やかんをしばらく置いてから取り出し、すぐに底を手で触っても、熱く感じられない。 なぜでしょうか？
水が沸騰するには大量の熱が必要で、やかんがコンロから離れた瞬間でも水の沸騰は続いているため、このときやかんの底付近から大量の熱が吸収され、一時的に底の温度が下がります。そのため、やかんの底は熱くありません。しかし、しばらくすると水の沸騰が止まり、泡も出なくなり、ケトルの底の温度は水の温度と同じになるため、ケトルの底も熱くなる。
あなたのその説明は熱力学第二法則に反している。
火に直接触れているにもかかわらず、置いている時間が短くすぐ取り出すため、吸収された熱は水に伝わり、熱さを感じないのです。
それは水の温度がまだ60度を超えていないからです。
師匠が提起された問題ですから、この問題は単に温度が高くないというだけでは説明できません。こう言えばわかりやすいでしょう。水の比熱は大きく、アルミニウム（鉄はさらに小さい）の比熱は小さいため、水は多くの熱を吸収しても温度差の変化は遅く、アルミニウムは熱をあまり吸収しないため温度差の変化は速いのです。その逆もまた真です。ですから、アルミニウム製のポットを取り出すと同時にアルミニウムは急速に冷えていき、水は比較的ゆっくりと冷えます。その結果、水はとても熱く感じられ、アルミニウムはそんなに熱く感じられないのです。この説明でよろしいでしょうか。師匠、ご批判とご指摘をお願いします。
私はこの見解に賛成です。それは水温がまだ60度を超えていないからです。タイトルの時間に関する表現は正確ではなく、しばらくの間。
これは田舎の子供特有のいたずらです。 私の故郷は滦河デルタ地帯にあり、地下水の硬度が低い。83年に北京西城区の新開胡同にある曾祖母の家に行ったときは、このゲームはやる勇気がなかった。大人になったからではなく、確実に手が火傷するからだ。 彼女の家のやかんは、田舎の実家のものより少なくとも2倍重い。 これは日常生活における化学工学の問題シリーズです。皆さん、化学工学の観点から考えてみてください。いわゆる化学工学とは、化学工学熱力学、化学工学原理、化学反応工学、化学工学計算、化学工学設計を指す。 生活の常識や新聞の専門家の意見を使って答えるなら、質問には十分注意してください。それはたいてい間違っている。 そうでなければ、これらの日常生活の小さな出来事も、私の心に半生もの間残り続けたり、その意味をずっと理解しようと思わせたりはしなかっただろう。
やかんが火から離れると、水は引き続き沸騰し大量の熱を吸収する
アルミニウムの比熱が低いことと関係があるのでしょうか
正解：水の比熱は非常に大きいため、炭火で温めるやかんの容量もそれほど小さくはならない。ですから、水を1壺沸騰させるのに15～30分かかります。 ケトルに使われる材料もそれほど悪くはなく、一般的には鉄でしょう。アルミや銅を使うこともありますが、もちろんアルミと銅の熱伝導率は高く、鉄がそれに次ぎ、ステンレス鋼はさらに低いです。エナメルを塗ったポットや、保護塗料が施された水筒は役立ちますか？あったと思います。 仮に、やかんに水を注ぐときに外側にも水が付着していて、そのためストーブの上に置くとシューシューという音がし、時にはプップッという音もする。それは水滴が火の中に落ちる音だ。これらはすべて、ケトルの中の水温の上昇を遅らせます。 水の特徴として、温度が4度のときに密度が最も高くなり、その後温度が上昇するにつれて密度は低下します。そのため、下部から加熱されると上下の対流が活発に起こり、ポット内の水温は均一になると考えられます。ある時間が経過した後（例えば壺の底が乾き、外側に水がなくなった時）の水温が40度だと仮定しましょう。 しかし、この時の壺底の外側の温度はいくつでしょうか？石炭の燃焼温度が900度以上であり、壺底が接する空気の温度が300度以上であることは可能だと仮定する。この時、鉄鍋の底面の温度は100～200度になる可能性があると思います。 しかし、やかんをストーブから離し、その後数秒間底を手で触っている間に、底の温度はやかんの中の水の温度とほぼ同じになってしまいます。 これは、ポットの壁の熱伝導率が比較的大きく、壁が薄いためです。 信じないなら、新しいものと古いものの2つの水筒を見つけてみてください。その古い水筒は重く感じられ、中の水垢の厚さは半インチ以上あります。 古いやかんをもう一度試してみてください。熱くて困ったら、私が警告しなかったからと言わないでください。