熱力学

【熱力学】空き缶に水を入れて加熱した後、冷却すると爆音がする理由

最近、Youtubeで一般の人が投稿している実験動画が面白くてよく見ます。

理屈は分かっても自分では絶対やらないようなことを実践してくれるので見ていて楽しいです。

その中で、すしらーめんりくさんの下の動画、「水を入れて熱した空き缶を氷水にいれると一瞬でへこむ」という実験をしていて楽しかったので、その原理を簡単に解説してみたいと思います。

空き缶に水を入れて加熱したものを氷水につけるとやばい理由

まず、私たちが住む地球は空気に覆われており、常にその空気から圧力を受けながら暮らしています。

これを「大気圧」と呼んでいます。標高にもよりますが、大気圧の力は101.325kPaです。

もう少しわかりやすくいうと、常に面積と同じだけの10mの水の柱を背負っているとイメージすればいいと思います。

このような圧力がかかっていても空き缶がへこまないのは、内と外のどちらにも同じ圧力がかかって釣り合っているからです。

この力が釣り合っている限り空き缶はへこみません。

この空き缶に水を入れて加熱をしていくと、中の水は沸騰して水蒸気にかわります。

このとき、もともと空き缶の中にあった空気は水蒸気によって追い出されます蒸気表によると、大気圧の時の水蒸気の比体積は、水の比体積の1673倍もあるので少量の水でも空き缶内をすべて水蒸気で満たすのは簡単です。

これを氷水につけると、水蒸気が熱を奪われ、一瞬で水に戻ります。これを「凝縮」といいます。

水の比体積は水蒸気の1673分の1なので、空き缶の中は全く空気のない状態=真空になります

真空になると、外面からかかる大気圧のみになるので空き缶は一瞬でへこみます。

まとめ

簡単な実験ですが、蒸気が急凝縮することや、圧力の力を感覚的に理解できて面白いですね。

でも、こういう「え!なんで!」みたいなところから勉強していくっていうのも、本来の勉強方法なのかと思いました。

教科書を読んでいるだけだと勉強ってつまらないですよね。

子供が生まれたら、ただただ勉強しろだけじゃなくて、こういった実験を取り入れていくのも面白いかもしれませんね。

教科書での勉強に飽きたら、休憩にYoutubeの実験系の動画を見てはいかがでしょうか?

また、面白い動画があれば解説してみたいと思います。

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エコおじい

プラントエンジニアです。工業技術をどこよりも分かりやすく解説するをテーマに2017年から情報発信をしています。最近、Youtubeも始めました。応援していただけるという方は更新情報などを発信するので、Twitterのフォローお願いします。

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