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へそが茶を沸かす話

問題

やかんに水を入れて火にかけると湯が沸くのは,熱の (伝導・対流・輻射) 現象による。

 ちょっとわけあって,また熱とかのお勉強をしているんですが,過去にも出てくるたびに納得のいかなかった問題。
 回答から言うと「対流」現象なんですが,一見,火の熱がやかんを通して水に伝わって加熱されるのだから,伝導も正しいような気がしてしまいます。しかしこの回答の言い分としては,

「やかんの底にある水だけが加熱されているままでは,底の方の水だけ温度が上昇して蒸気になるだけで,やかんの中の水全体が湯になって沸くことはない。対流が起こって水全体が加熱されることによって湯が沸く。」

ということだそうです。
 だがしかし!それは,「湯を沸かすプロセスのどこに注目するのか?」によるのではないでしょうか。初めから考えてみましょう。
 「火」はあったとします。何の火かは不明ですが,例えば燃焼ガスだったとすると,まず,

「ガスの火が上昇してやかんの底面に至る。」

これは「燃焼ガスの対流」になります。確かに対流です。しかし,

「燃焼ガスがやかんを加熱する。」

これは,燃焼ガスからやかんへの「熱伝導」及び「熱輻射」によります。ちなみに,これがもし「炭火」だとすると,炭が表面燃焼して遠赤外線が輻射されてやかんを加熱しますから,ほとんど「熱輻射」だけになります。

 そして,

「やかんから底の水に熱が伝わる。」

これは「熱伝導」です。やがて最終的に,水が「対流」しながらやかんからの「熱伝導」で加熱されて湯が沸くことになります。つまり,「やかんに火をかけて湯を沸かす」というプロセスには,「伝導・対流・輻射」の全ての熱伝達現象が関わっていると言えます。
 ちなみに,最近はIH(電磁加熱)なんていうのもありますが,この場合は電磁誘導によりやかんが過熱されるので「輻射」,やかんから水で「伝導」,水が「対流」となります。
 さらにちなむと,電子レンジで直接水を温めた場合。これは,レンジから発生されるマイクロ波のエネルギーが水の分子の運動エネルギーに変換されるので,「輻射」のみということになります。(※注:やかん(金属)を電子レンジに入れて温めないように!火花が出てとても危険です!!)

 ちょっと横道に逸れてしまいましたが,これは伝熱の基本的な問題としてある種の資格試験に良く出ているのですが,とてもいんちき臭い引っ掛け問題のような感じがします。試験問題を作る団体は,こんな中途半端な引っ掛け問題ばっかり作ってないで,もっと物事の根本的な理解を試すような良問を考え出せって事です。

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