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【シンガポール】ムペンバ効果 -お湯が水よりも早く凍る、その仕組みが明らかに(画像あり)

2013.11.05 (Tue)
147852wakkewaka.jpg

1 :sin+sinφ ★:2013/11/05(火) 05:15:31.63 ID:???
冷たい水と湯気の立ち上るお湯の両方を冷凍庫に入れると、お湯のほうが早く凍結する…

一見すると何かの勘違いなのではないかとも思われるこの現象は、再発見者の名前をとってムペンバ効果と呼ばれています。

このムペンバ効果、科学研究の対象とみなされ始めたのはごく最近ですが、経験的には千年以上も前から知られていたもので、古くはアリストテレスも著書 “Μετεωρολογικ?ν(Metereology,気象学)”でこの事に関する記述を残しています。

今回、シンガポールにある南陽工科大学のXi Zhang氏らは、この不可思議なムペンバ効果が、水分子間に働く水素結合によるものだとする結果を、論文投稿サイト “arXiv(アーカイブ)” に公開しました。




水素結合というのは、ある水分子の中の水素原子と、別の水分子の酸素原子の間で働く化学的な結合です。
2つの分子の距離が十分に遠い状態ではこのような繋がりは発生しませんが、互いの距離が縮まってゆくと、徐々に強い相互作用を示すようになります。 
この水素結合、水の物性に大きな影響を与えることで知られています。
例えば、液体の温度を下げて固体にさせると、物理的には体積が減少するはずなのですが、
氷では水よりも体積が大きくなります。
また、水の密度はまだ液体状態にある4℃で最大になる(=氷よりもギュッと詰まっている)ことが知られていますが、これもまた他の物質にはほとんど見られない現象で、水素結合の影響によるものとされています。

Xia氏らの説明は、以下のとおり。
水の温度が上昇すると、水分子同士の距離が徐々に開いて水素結合の距離は広がってゆき、これに伴って共有結合(上図のH-O間の実線部分)の距離が縮まることで、結合エネルギーが増加してゆきます。
ここから温度をどんどんと下げてゆくと、分子同士の距離は徐々に縮まってゆくのですが、同時に共有結合の距離も徐々に広がってゆきます。
こうなると温度が高い時に共有結合に保存されたエネルギーは放出されることになるのですが、この時のエネルギー放出に伴う温度低下が、伝導や放射といった温度低下プロセスに上乗せされることで、冷却が加速されるとのことです。
実際にXia氏らは、この温水の水分子に貯えられた「追加分」のエネルギーによる冷却効果を計算したところ、実験で得られた冷水に対する温水の冷却効率の差分に相当していることを確認したとしています。

arXivは査読や審査のないプレプリントの論文のみを扱うサイトであるため、この結果が “真に” 学術的に認められたものであるかは(現時点では)議論が残るところですが、(データを真とするならば)論理的には筋が通っているように感じます。
いずれにせよ、こうした身近な現象が未だに謎の残るテーマとして扱われているというのは何とも興味深いことですね。

ソース:お湯が水よりも早く凍る、その仕組みが明らかに /ガジェット速報
http://ggsoku.com/tech/mechanism-of-mpemba-effect-revealed/

イメージ:
ムペンバ効果の一例。0℃に達するのは水(青線)の方が早いが、凍結が始まるのはお湯(赤線)のほうが早い。
147852mumumu.jpg

図中の “O” と “H” の間の点線が水素結合。

初期温度に対する緩和時間と、緩和時間に対する必要エネルギー。arXivより引用。
14785mumumu2.png


以上。一部割愛。

参考:大槻先生はムペンバ効果に懐疑的だったようです。。
2008年7月 第2回 【ムペンバ効果】 /大槻義彦のページ(ムペンバ効果に否定的です)
http://ohtsuki-yoshihiko.cocolog-nifty.com/blog/2008/07/72_2893.html











13 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 05:50:26.51 ID:2jQqcK6z
なるほど、わからん













82 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 12:10:17.35 ID:UOfOdttF
ウイキより

ムペンバ効果
ムペンバ効果 (ムペンバこうか、英: Mpemba effect) は、特定の状況下では高温の水が
より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。

1963年の当時、タンザニアの中学生であったエラスト・B・ムペンバ (Erasto B. Mpemba) が
発見したとされるが、古くはアリストテレス[1]やフランシス・ベーコン[2]、
ルネ・デカルト[3]など近世の科学者が気付いていた可能性がある。













29 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 06:52:16.49 ID:OuVmrDZM
>>1
対流が水より湯の方が活発だからじゃん、より冷たい空気に早くさらされるから












32 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 07:04:09.89 ID://HaLRWf
>>1
大して変わりない














48 :エラ通信 ◆0/aze39TU2 :2013/11/05(火) 08:24:21.77 ID:mj/E0dbW
少しマジメにいうと、
零度を基準にするからわかりづらいのであって、
絶対零度を基準にしたら、
より熱量のおおきいほうが、より多くの熱量を奪われる。

水ってのは、状態変化する特性をもった物質であり、
その前後で熱を溜め込んだり、余計に放出する性質を持つ。


この特性域を熱量の大きいほうがより早く突破することについての説明が>>1















55 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 08:57:49.68 ID:VtEte0oy
>>1 のグラフが怪しいんだが。
間違いなく冷水の方が早く冷えてるじゃん。
もしかして、凝固が始まってない「過冷却状態」のことを「まだ凍ってない」って言い換えてるのか?w
だったらちょっと振動を加えておけば、間違いなく冷水が早く凍りますよw















71 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 11:19:16.09 ID:i8y0CqCr
過冷却の温度グラフ


>>1の温度グラフ(青線が水)
147852mumumu.jpg















4 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 05:24:19.16 ID:h0JlWm6m
太っている人と痩せている人がダイエットした時に感じられる現象
















15 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 05:57:51.88 ID:zrqj2EfP
>この時のエネルギー放出に伴う温度低下が、伝導や放射といった温度低下プロセスに
>上乗せされることで、冷却が加速されるとのことです。

ここで一気にイメージできなくなった
分かる人は分かるんだろうけど














18 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 06:12:19.53 ID:lqK+SJKe
ということは、ビールを早く冷やしたい場合は一度湯気が出る位暖めてから冷蔵庫に入れればいいんだな。
魚や肉を急速冷凍する場合にも一度茹でてから冷凍庫に入れるのがいいぞ。










20 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 06:30:15.25 ID:WM8OOoWR
>>18
いや冷えるのは水のほうが早いぞ。
凍るのが湯からのほうが早いだけで。















30 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 06:57:28.61 ID:OuVmrDZM
>>18
ビールを早く冷したい時は氷に浸けてクルクル回すといい、なぜって対流が起きて分子各々が冷たい所に素早くあたり影響しあって対流が少ない物より早く冷える














24 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 06:37:41.12 ID:WX9KzJjt
人は記憶型と思考型に大別できる

ではおらがひとつ
水は外側は簡単に凍るが中央部はなかなか凍らん
中央部の温度を下げてやれば結果として全体が早く凍る
温度が高いと対流が発生しやすいんでねーか?
対流によって中央部に外側の冷たい水が流れ込む














25 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 06:38:16.55 ID:7FaiAr3f
温度が高い状態で冷やした水と
温度が低い状態で冷やした水では
氷になった時の水分子自体の状態が違うって事だろ
なんかなぁ













26 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 06:38:22.78 ID:X+XknWQO
お湯からだと対流が有るから中心部まで早く冷却されるんじゃないの?















28 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 06:46:25.66 ID:BYfdYJrZ
冷えるのと凍るのとを違う現象として分けて考えれば分かってくる
水は0℃以下に冷えても直ぐに凍らないのよ
















92 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 13:18:50.58 ID:LP4Wz0NP
冷えれば凍ると思ってるゆとり大杉ワロタ















7 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 05:33:47.03 ID:7FaiAr3f
youtubeでこの実験の動画など見たのですが失敗してましたね。
他のサイトでも実験した見たもの1つだけ確認してみたのですがそこもこの現象の確認は出来ていませんでした。















43 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 07:59:39.83 ID:fQwyEa8u
ムペンバ効果 実験してみた
















47 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 08:18:27.86 ID:l7jbkvwB
・対流していない水は熱を伝え難い
・水の赤外吸収スペクトルは温度に依存して変わる

対流が起きないように、水面の上からヒーターで暖めたりすると、
深さ0.5mmと深さ17mmの温度差が3分で18度くらいになったりする














96 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 14:09:15.23 ID:l7jbkvwB
>>47 追加
・熱伝導率(0℃) 水 0.56~0.57、氷 2.2 W/[K・m]














31 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 07:01:51.96 ID:qzuXaE/7
なにがなんだかさっぱりわからんということがわかった。














34 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 07:17:01.93 ID:tSbQXW2I
成金は、下手にカネの使い道を知ってるせいで、落ちぶれるときは早い、みたいなことか。












53 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 08:48:23.55 ID:sGSudrLd
理解不能。ただし冷凍庫のそばにいれたコーラが凍って痛い目にあった経験
多数にて、凍れば体積を増す現実はうけいれている。

あと冷たくなった夫婦関係が嫁の体積を増すことになったのではと、このスレ
みて仮説をたててみた。















62 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 10:11:37.84 ID:OtUW69FS
お風呂に入ったほうが体が冷えて風邪を引くと今まで感じていたんだが・・・・












70 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 11:04:56.65 ID:t4Pi3Xnx
>>62
お風呂上がりに真水をかぶれ。











67 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 10:56:45.86 ID:l7jbkvwB
>>62
それは血管の収縮・拡張によって1分間に
外界が体から奪う熱量が変わるからだ











64 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 10:34:18.95 ID:lD6DJErP
ふむふむなるほど
さっぱりわからん




















75 :名無しのひみつ:2013/11/05(火) 11:36:53.90 ID:GFhxCu71
ムペンバ  アフリカ系のマラソン走者かとオモタwwwww






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