日テレの「世界の果てまでイッテＱ！で、イモトアヤコさんが南極でやって見せてくれたお湯花火。
面白いから原理を紹介してくれるのかと思ったら・・・「自分で調べて下さい～」って∑(!?￣Д￣)ﾟДﾟ)･д･) ｴｪｰｯ!!
気になるので調べてまとめましたよ！
お湯花火の原理、水では出来ないって本当なのか、南極に行くのは難しいので日本でも出来ないかなぁ？の3本立てです！！！
もくじ
南極お湯花火の原理は？
イモトさんがお湯を空中に巻いた途端にできた「お湯花火」。
南極での楽しい遊び的実験のお湯花火の動画はこちら⇩
このお湯花火の原理を知るには、まずお湯花火の作り方から見てみると良さそうです。
お湯花火の作り方
用意するものは
- 熱湯
- 熱湯が冷めにくい容器
- 氷点下25℃以下の空間
お湯花火の作り方は
- 熱湯を空中に、勢い良く放り投げる！
以上。勢い良くっていうのがポイントです。
ジョボジョボこぼしたら、お湯花火になりません。
お湯花火の原理
お湯花火の原理は、「ムぺンバ効果」 で説明ができると言われていますが・・・
「ムぺンバ効果」とは
特定の状況下では高温の水の方が低温の水よりも短時間で凍ることがあるという物理学上の主張。必ず短時間で凍るわけではないとされる。
出典：wikipedia
1963年に、当時タンザニアの中学生だったムペンパくんが、
同じ量の
- 35℃のお湯
- 100℃のお湯
を同時に冷凍庫に入れた所、100℃のお湯のほうが先に凍ることを発見しました。
当時、有名な物理学者の大槻義彦先生は、「熱力学の基本法則からあり得ない」と言っていたのですが、現実に起きてるんですよね。
京都大学教授の小貫明先生は、熱湯のもつ潜熱が関係しているのでは？と言っていました。
ちょっと詳しい説明はこちら⇩
水の温度が上がると、水の密度は小さくなります。 水分子同士が遠くに広がり、水素結合間の距離も広がります。 反対に、共有結合間の距離は縮みエネルギーを蓄えるそうです。 その状態から温度が下がると、水分子間の密度が大きくなり、 水素結合間の距離も縮みます。 それに伴い、狭くなっていた共有結合間の距離は広がり、 蓄えていたエネルギーを手放します。 このエネルギー放出のプロセスが冷却に等しいため、 お湯のほうが低温の水よりも早く冷却される。
簡単に言うと
「水自身がエネルギーを手放す」⇨「早く凍る！」
ってことです。
そしてお湯花火では
- 投げられたお湯は、-が-25℃以下の乾いた空気中で、一気に細かい粒となる。
- 水蒸気は一瞬で氷の粒になる。
ということが起こっているのです。
「お湯が一瞬で水蒸気になる」と説明されているのを見かけますが、目に見えるということは、「水蒸気」ではないです。
湯気のように、目に見えるということは、「細かい水の粒」なのです。
ということは、
「熱湯が勢い良く投げられたことで、細かい水の粒となり、ムペンパ効果により一瞬で凍る。」
と考えられると思います。
- 細かい粒になる理由・・・勢い良く投げたから
- 一瞬で凍る理由・・・熱湯だから（ムペンパ効果）
お湯花火が熱力学で説明できない理由を考えたのですが、多分、相手が「水」だからだと思います。
水というのは、私達の身近にありすぎて「一番普通の物質」だと考えがちですが、結構な変わり者なんですよね。
凍ったほうが体積が大きくなるとか、変わり者です。
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南極お湯花火水では出来ないって本当？
南極お湯花火。水では出来ないらしいです。本当です。
ムペンパ効果によると、熱湯より温度の低い水の方が凍るのに時間がかかるわけです。
すると、
- 水を勢い良く投げる
- 水が地面に落ちる
- 水が地面で凍る
という、自家製スケートリンクでも作るんかい！？みたいな状態になります。
花火になりません。
実験する際は、寒いから自分に水がかからないように注意が必要です。
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南極お湯花火は日本でも見れる？
氷点下25℃以下って、日本でもあります。
北海道の内陸部なら余裕です！
北海道の上川地方、十勝地方。
本州なら富士山の山頂付近も、冬なら-25℃以下になると思います。
↑-31.4℃だって！寒い～！！！
因みに平昌オリンピックの開幕日における、平昌の最低気温は-19℃と予想されていました(；´∀｀)
夜間の冷え込みを利用すれば、平昌でもお湯花火できそうです♪
最後に
お湯花火の原理って、熱力学では説明するのが難しいと言われてきました。
それだけ水が変わり者ってこともあるのですが、身近なところにまだまだ「発見」は隠されているのかも？と思います。
私も実験してみたい！
でも寒いのは苦手！！！
