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zoom RSS 水蒸気でマッチに火をつける。手品みたいなことはできるの?

<<   作成日時 : 2015/10/06 08:43   >>

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★科学★
問題:水蒸気は、生物としての人類にとって大切な存在です。でも、水蒸気が無い状態、つまり湿度0%になっても、人間や他の生物は短期間なら問題なく生きていられるようです。
■昭和46年(1971年)1月19日朝7時38分。鹿児島県屋久島では湿度0%が記録されたらしい*1。年間降水量約4000mmは日本平均約1700mmの倍以上。「屋久島は月のうち35日は雨」というほどに雨の多い島です*2。なぜその地域で湿度0%が起きたのか。不思議です。でも住民や屋久杉、名物の猿たちにもとくに被害はなかったらしい。ただし、静電気は起きやすくなるようです。火事が心配ですね。
■水蒸気は、動力源としても大切です。古代アレクサンドリアのヘロンが考案した蒸気機関をはじめとして、蒸気機関はいくつも制作されてきました(口絵参照)*3。ワットやニューコメンの考案した製品は産業革命を起こしたと言われています。いまでも火力発電・原子力発電等では、熱で蒸気を発生させ、噴き出す力で発電機の電機子を回し、発電しているらしい。
◇*HP「電機子 - Google 検索」(画像)
https://www.google.co.jp/search?q=%E9%9B%BB%E6%A9%9F%E5%AD%90&hl=ja&rlz=1T4GGHP_jaJP523JP523&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=LQ6CVd-VG-LemAWMx4CQDg&ved=0CAgQ_AUoAg&biw=1536&bih=758
■さて、学校で習ったところによると、1気圧の大気の中では、液体の水は100度Cを越えることはないという話でした。同様に、水を沸騰させて気体になった水蒸気は、1気圧では100度Cを超えることはないらしい。
■では1気圧の大気のもと、水蒸気の噴出口にマッチの頭を当てて火をつけることはできるでしょうか。次の中から正しい記述を選んで下さい。(正しい記述は無いかもしれないし複数かもしれません)
[い]噴出口に向けてマッチの頭を振ると、燃え出すことがある
[ろ]噴出口をマッチの頭で塞ぎ、勢いよく離すと、燃え出すことがある
[は]水蒸気自体の温度を上げれば、つけることができる
[に]水蒸気でマッチに火をつけることはできない
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[は]水蒸気自体の温度を上げれば、つけることができる
説明:マッチの発火する温度は、約150度C〜200度Cだそうです。100度Cの水蒸気のままでは、火はつけられないらしい。水蒸気自体の温度を上げるとはどういうことでしょうか? やりかたはとても単純だそうです。たとえば下の図のようにするらしい。
▼水蒸気の通路をロウソクで加熱する
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■温める前は白く見えるらしい。いわゆる湯気でしょうか。「外気に触れて気体の温度が低下し凝結した水滴と水蒸気の混相が湯気」だそうです*7。沸騰している薬缶(やかん)では、噴き出している気体のうち、透明部分は純粋な水蒸気、すこし先に白く見える部分が湯気だそうです。
■ロウソクの炎で加熱されると水蒸気は目には見えにくくなるようです。ロウソクの火は最高で1400度C。「灼熱のマグマ(800〜1200度C)」よりも高温らしい。水蒸気は100度Cからさらに温められて300度C以上にすることも可能らしい。ほぼ失敗なく、マッチの頭についている薬剤、頭薬の部分から燃え出すようです。
▼参考資料*4HP「NGK(日本ガイシ)サイエンスサイト 家庭でできる科学実験シリーズ「水蒸気で火をつける?」

(高温の水や水蒸気を扱うので危険をともなう実験です。充分な注意が必要です)
■液体の水は、1気圧のもとではいくら加熱しても100度Cを越えることはありません。でも気体の水、水蒸気は加熱すればちゃんと温度があがるようですね。水蒸気を加熱したものは過熱水蒸気と呼ばれるらしい。
■以前に過冷却水とか過沸騰という現象をご紹介しました。これらは手品のような物理実験としてなかなか楽しめるものでした*5*6。過熱水蒸気も面白い現象ですし、食品加工の分野では身近で応用されているそうです。最近のオーブンレンジには過熱水蒸気を使った製品が少なくないらしい。我が家のやつは旧式なのでどうも違うらしいのですが。
◇*HP「価格.com - 過熱水蒸気の電子レンジ・オーブンレンジ 価格の安い順」(過熱水蒸気の条件で検索した場合)
http://kakaku.com/kaden/microwave-oven/itemlist.aspx?pdf_Spec007=1&pdf_so=p1
◆参考*1:HP「湿度 - Wikipedia」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B9%BF%E5%BA%A6
◇*2HP「屋久島 - Wikipedia」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B1%8B%E4%B9%85%E5%B3%B6#.E6.B0.97.E5.80.99
◇*3HP「紀元前の人が作った不思議なトリックはどれ? 町人思案橋・クイズ集/ウェブリブログ」
http://blog.q-q.jp/200708/article_38.html
◇*4HP「2015年6月号/水蒸気で火をつける!? | NGKサイエンスサイト|日本ガイシ」
http://site.ngk.co.jp/lab/no214/
◇*5HP「マイナス10度になっても水が凍らないことがあるの? 町人思案橋・クイズ集/ウェブリブログ」
http://blog.q-q.jp/200807/article_26.html
◇*6HP「お湯の中に氷のかけらを入れたら沸騰した。そんなことはありうるの? 町人思案橋・クイズ集/ウェブリブログ」
http://blog.q-q.jp/201110/article_20.html
◇*7HP「水蒸気 - Wikipedia」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E8%92%B8%E6%B0%97

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コメント(2件)

内 容 ニックネーム/日時
ほ〜っと感心しましたが、そういえば書かれているようにオープンレンジで水上機で調理するのがありますね。
古いのだと干からびたりするのが、自然な暖かい料理になるようですね。
我が家のオープンレンジも古いので、ご飯が温っためすぎてカピカピになることがありますね。
ねこのひげ
2015/10/11 18:36
コメントをありがとうございます。

 「水は火を消すもの」と思い込んでいる古い人間としては、「水で火が着く」というのは実に不思議です。

 我が家の電子レンジはもうしばらくすると寿命が尽きそうです。過熱水蒸気式の機種も検討すべきなのでしょうね。
(^^;)
ねこのひげ様<素町人
2015/10/12 08:30

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