お湯と冷水、真空にした時どちらが先に凍る？ジャイアンムペンバ効果！【真空実験】【ムペンバ効果Mpemba effect】 / 米村でんじろう[公式]/science experiments
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- เผยแพร่เมื่อ 16 ก.ค. 2020
- 身近な科学第88弾！
とある条件下では冷水よりお湯の方が先に冷凍庫で凍るという報告があります。
これはタンザニアのムペンバ君が中３時の調理実習中、熱いアイスクリームミックスの方が冷ましたものより先に凍った、という現象を発見したことが始まりです。
この現象はムペンバ君の名前を取り、「ムペンバ効果」と呼ばれております。
この効果についてはメカニズムや条件など、今も議論が続いているものです。
今回はこのムペンバ効果が減圧による水の凝固においても起こりうるのかを検証しました。
意外な結果をお楽しみください！
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沸騰の勢いで溢れて容量減ってしまった影響無視できないと思われるので丸底フラスコで再試を是非！
まさかこの動画の数週間後にムペンバ効果の再現研究が公になるとは…
面白い現象なので、もっと方法を詰めてまたやって欲しいです。
こぼれないように大きめの容器にして、
それぞれ温度計を入れた状態で温度変化を記録しながら、実験して欲しいです！！
状態図は教科書でしか学んだことがなかったので、実際の現象を見れて楽しかったです☺
温度変化にも加速度が存在してると勝手に納得している。
「真空によって凍るのが気化熱のせいだとするなら、早く沸騰するお湯の方が先に凍るのではないか？」とか予想しながら見てました
難しい数式とか出さずに実験して結果で見せてくれるから楽しいです
それだとお湯が水の温度に追い付いたら同じにならん？
@@ms.m668確かに同じになりそうな気もするんですが、過冷却の様に何かきっかけがないと沸騰と言う現象が起き始めない温度帯が存在するとすればあり得なくはない気もするんですが、どうなんでしょう？
雪に水とお湯をかけるとお湯をかけた方が凍ってしまうはず。
雪国では融雪剤 (塩化カルシウム) の他にも水を使って溶かすこともある。
お湯を使うと凍るため、お湯は使われない。
温度計付きの容器で二つ同時に温度変化を測定すると凍る時間差がわかるかも
いつも想像しながら楽しみに見てます、やってみないとわからないものですね🤔
ジャイアンさんの名前の効果もっとできたらいいですね！
ンペンバ効果は
縦長容器内の水を冷却して凍らせる時に
水からだと上部が先に凍って
それが蓋になり、
密閉状態で凍る時に、膨張出来ずに
なかなか氷になれないけど
お湯から凍らせた場合は
暖かい水は上部に集まり
下から凍るので、氷の蓋が出来ず
氷の膨張を邪魔しないから、スムーズに凍る
というものです
しらんだ
べらんだ
違くないか？
温度と気圧を細かく計測しながら見てみたいですね。それを説明で出てきたグラフ上に起こしたときに、どのように遷移していくのか。そして、沸騰しても零れないような容器で実施して、条件に差が出にくい様な形でやると、ジァイアンムペンバ効果が実証出来るかも知れません。日本から新しい現象を発見する瞬間を見てみたいです。
物質が持つ熱としてのエネルギーが大きい温水のほうが、より速い速度でエネルギーが外に流動して、一部が気化し始めるが、残る全体も大きく冷却されるため、冷水よりも早く凍結する… みたいな推測ができる。
開口の小さな容器で、冷水と温水、それぞれの温度と気圧の推移を測定して図にしたら面白そう。
2:38 水素の音
？？？「あー！！水素の音ぉ！！！！」
三重点の表は圧力と温度のグラフで表してましたけど、後もう一つ何か影響を与えているものがあって3Dグラフで三重点の位置が変わってる様な気がします。
直感に反する結果が得られる実験は見ていてワクワクします！
ただ、環境などが色々テキトーな気がするのでもっと突き詰めてみて欲しいです！
原理を知りたい！！
ムペンバ効果は聞いたことありましたが、まさか真空の中でも起こるとは思いませんでした。家に真空ポンプと真空デシケーターあるので(樫山工業さんのものでは無いですが)少し実験してみます❗️
面白い現象ですね
温水側が先に沸点に達したけど、温水の蒸気で冷水側の沸点まで減圧できなかったのかな？
ムペンバ効果は状態が急速に変化していく速度が維持されて変化が早く起き続けるということのように見えますね。
量子力学の分野な気がします！
ムペンバ効果の実験に於いて考えるべき事は
庫内温度Ｔ
高温水温ＴHi
低温水温ＴLo
とすると
Ｔ−ＴHi＞Ｔ−ＴLoの状態となりＴとの温度差が大きいＴHIの方がより熱交換が多い状態がＴLo＝ＴHiまで続きます。
また、高温で有るＴHiは水分の蒸発量も多く冷却過程で体積が減っていると考えられ、ＴLo＝ＴHi以降も体積が少い分早く冷却される事が考えられます。
その際の体積変化による冷却面積の変化も考慮する必要が有りますが、蒸発により体積が減ったファクターによる可能性は考えるべきで、一般的な物理化学の範囲ではないかと思います。
考えられるのは
1，水の不純物の割合
2，箱内の圧の変化の度合い
3，気化熱の発生量
かなぁと。
条件は色々変えられそうなので対照実験が楽しそうですね
ちょうど今日このムペンバ効果が解明されたようです
こういうのプレミアム公開して欲しいみんなで考えるの楽しそう
これ25年くらい前に平成教育委員会でやってたの覚えてるわ。そして、週明けの河合塾で講師が得意気に質問してきたこともｗ
なるものはなる。
なるようにしかならない。
ということが良く分かった。
すご！
原理が解明されたみたいですね。カナダの大学で（2020.08）
2300年前のアリストテレスは「お湯を早く冷ますには、まず日なたに置くべきである」とカナダ、サイモンフレイザー大学のアビナッシュ・クマール氏
nazology.net/wp-content/uploads/2020/08/ebadec637e7f619139e5a1865b8b0dea-900x450.png
ムペンバ効果解明されましたね！
前半の実験で、真空で水の温度がどんどん下がって凍ってしまうのは、
高校で習いましたし、理屈はわかるんですが、
実際に見るとスゴイなあ、と思ってしまいました。
真空ポンプ一家に一台あるって言ってたけど掃除機のことかな？
水の方は元の温度が低すぎて沸点に達していないので温度がギリギリまで下がらない
お湯の方はすぐに沸点に達し、以降気圧が下がるとともに温度が下がりつつ気化熱で熱が奪われ続けた結果微妙に早いタイミングで凍り始めた
とかですかね。
できれば40度と80度くらいでも試して欲しいです。
樫山工業。地元の会社です。ちょっと嬉しくなりました。
水の温度と同時に真空器の中の気温も知りたかったな！
氷が早く溶ける温度の実験が見たいかなぁ
塩とか不純物なしで単純に温度だけで。
バーナーで炙ったのとドライヤーとかの温風との比較みたいな感じで
マグネチックスターラとかいうので撹拌しながら真空引きしたらどうなるのかやってほしいです。
お湯のほうがどんどん気化して，水が気化できずに温度が下がりにくかった可能性に１票。
別々に実験して凍るまでの時間を比較しないとだめかも．．．
三重点の説明でめっちゃしっくりきたのは
氷水が沸騰している状態
って説明
液量の変化で気化する表面積と液体積の比率が違ってしまったから違いが出たのかな？試験管状の容器だったらもっと差が小さくなりそうな気がする。
お湯になって蒸発した分、不純物の割合が高くなって凍りやすくなった可能性はないかな？
純水での追試を是非お願いします。
サーモグラフで温度分布みたら、ひょっとしたらわかるかも、
沸騰の吸熱と氷出す場所の温度の分布のしかたが冷水と温水で違って、
全体にゆっくり凍ろうとしているのと、
沸騰の吸熱を凍る箇所に対流かなにかでうまく伝えてるのかとか
理由知りたいです
科学的では無いですが、温度変化にも慣性のようなものがあるのかな？と思いました。
低温の水が沸騰する気圧になるよりも、高温の水が蒸発で低温の水と同じ温度になる方が早いってことですかねー？
温度差や減圧の速度とか次第で更に順序が逆転したりしたら面白いですね
沸騰でこぼれて容量が減った影響は無いでしょうか？
結晶の形が線というのも面白い。
お湯、圧倒的に速かったね！ビックリしました。
氷の模様も意外！綺麗。繊細。🍧👏
気化熱で温度下がる時にお湯の方はオーバーシュートした分早く凍るというのはどうでしょうか
熱くするときに水の相変化でもあるのだろうか。
最初から水なのと沸騰した水からさましたのとで違いがあるのか？
とかも検証して欲しい。
溶存気体の量も関係する?
先に沸騰が始まるお湯の方が気化熱が奪われる分だけ早く冷えるのかな？
それと過冷却が起きないのも関係がありそう。
お湯は冷たい水よりも先に凍ります。
この直感に反した不思議な現象について、最初に言及したのは2300年前のアリストテレスでした。
彼は著書において「お湯を早く冷ますには、まず日なたに置くべきである」と記しています。
慣性の法則みたいに、温度にも慣性的な物が働いて居るのかも？🤔
お湯のほうが先に凍ったのは不純物の違いでカルキが飛んだとかそんなんじゃないかなぁ？
一家に一台真空ポンプの時代が来るといいなぁ ねぎとか切っといてフリーズドライで保存するの 日持ちいいよ
お湯の方が先に沸点に達したから気化熱で氷始めたんじゃないかと予想
東雲ノノ なんで水は沸点に達する前に凍ったの？
はじめは沸点に達してから凍ったのにー！
グレンラガン
隣にお湯が有ったから。
ケース内が、沸騰中はお湯の沸点の気圧以下になりにくいと思う。真空ポンプの能力に影響される。
世界初の実験は、予想外が多いですね！
いきなりワラワラ集まって来たり楽しそう！科学者はいくつになっても好奇心の塊なんですね。
お湯の方が早く凍るのはガラス容器が急激に冷却されるせいらしいですね。Natureでムペンバ効果に関する論文が発表されました。
温度が高い方が沸騰の速さ、勢いがあり攪拌されたことも原因？
100度近い場合も気になるなあ、、、
あとは温度ごとのプロット、、、とか
圧力を低くして沸点が低くなった状態でもやって欲しいね
水中の空気が抜けた水（一度真空にして凍った水の再利用）と
お湯（空気が残っている、初めて真空にする水）の差かも。
ガラス容器に残った熱の影響？
単純に温かい方が蒸発しやすく気化熱が大きいので早く冷える→沸騰して攪拌され冷却が加速される→水の方は沸騰が起きにくく攪拌されず冷えにくい（対流と熱伝導だけで冷える）→結果お湯の方が早く0℃に達する
というだけの話でしょう。更に高性能の真空ポンプを使って理想的には一瞬で高真空にすることができれば、水もお湯も同時に沸騰するはずなので同時に凍るはずです。
また、実験方法にも問題があります。お湯と水を同じチャンバーに入れているので、お湯から出た蒸気が水の方に廻って高真空になるのを邪魔しています。これによって更に水は沸騰しにくくなっています。同じ性能のポンプを２つ使って、互いに依存しない環境で比較しなければ正しい結果は得られません。比較実験をする際の基礎です。もう少し勉強してください。日本の科学力に悪影響を与えかねません。
過冷却水を作るときは温度変化がゆっくりになるようにタオルに巻いて振動を与えないようにりしますよね
過冷却状態の水に振動を与えると状態変化が起きることを考えると、液体→個体に変化するには粒子の振動が関係してるんじゃないでしょうか？
熱量と分子の運動量には因果関係があったと思うんですけど、その物体の粒子の運動量の違いなのかなぁ？
温度が高い方が沸騰するときに激しく水面が動いてるから過冷却状態になりにくそう
ジャイアン・ムペンバ効果をサーモグラフィーカメラで撮ってほしい。
真空中でガムシロとかジャム・ハチミツみたいな液体は凍るのか試して欲しいです。
サーモグラフィーは透明なものは測れないので (鉄など反射するものも苦手) 水の温度は測れないのです。やるなら白金温度計とかを使うことになるかな。
@@ha9ha989 本当か？ 透明はあくまでも可視光であってサーモグラフィーで測る赤外線とは関係ないでしょ。
@@user-uy3lx5nh3h 疑問に思うならちょっとぐらいググると良いと思うよ。 www.rex-rental.jp/faq/product/1100
@@ha9ha989 的外れでワロタ。俺も調べてから書いたんだけど。
空間（空気）の温度を測定できるわけないだろ。測定できたら空気に邪魔されて何も測定できませんがｗ
@@user-bz1vr6nh6d でも透明なものでもそれ自体から赤外線が出ていますよね。それに赤外線は幅があります。 では逆に可視光では見えない物体から「可視光よりちょっと波長の長い赤外線」が出ている可能性はどのくらいあるのでしょうか？
目で見えない、それはつまり「可視光よりちょっと波長の長い赤外線」が出ている可能性も低いとなります。
目で見えないからと言ってそれが全て熱となるわけではありません。 赤外線は赤外線カメラや通信にも使われます。それを捉えてしまうようなサーモグラフィーは問題でしょう。 例えばリモコンに使われる赤外線は目では見えませんが、一般的なデジカメでも映りますよ。
サーモカメラと光学カメラの両方で撮影して欲しい実験ですね。
鉄の焼きなましもいったん熱してからどう冷ますかで結晶がどう整列するかになってるので、水が過冷却になっていたこと自体がわりと核心なのかなと思っています。
分子が暴れ始めて沸騰するから、分子がより動いている状態からスタートした方が速く気加熱の温度低下がはじまるのかな？
真空は誰もが興味を持つロマンだと思ってる！
同じ温度の水と食塩水で試すとどうなるのか
水ではなく、「ガラスビーズ」でも現象が起こるらしいので、気化熱は関係ないかもですね。
コンビニで温めた弁当がめちゃくちゃ早く冷えるのも、ムペンバ効果の一種なのかしらって思いました。。
お湯のほうが膨張している分溶け出してる空気が抜ける速度がはやく膨張の表面積が大きいのも冷却速度に影響しているのではないでしょうか？
逆に比較対象にした水は一旦溶け出した空気を抜き冷えた水だったので、さらに差が開いたのではないでしょうか？
同じ水から常温とお湯を作って同じ実験してみていただきたいですね😆
多くが沸騰したお湯はその中の不純物濃度が高まり、結晶核となって過冷却度が小さくなり早く凍ったのではないでしょうか。出来上がった氷が湯の方がきめ細かい点とも一致します。そこで、沸騰しても不純物の少ない純水の湯を比較対象として加えたらわかるかもしれません。
サーモグラフィーとかで熱も測りながらだと面白いのが見れたかも？？
温度が高い方が気圧が下がったときに先に沸騰し始める＝早く気化熱を奪われ始める
だからお湯の方が先に温度が下がり始めて先に凍るってのはどうでしょう？
他の方がおっしゃってるように量は揃えたいので飛び散って減らないようにフラスコにしたいですかね
予想 お湯
沸騰によって水が気化熱を奪われて温度が下がるのか。
そのあとに水が凝固し始めると、凝固熱を貰って平衡状態に近づく。
面白いですね。
ムペンバ効果の逆はあるんですかね、お湯を作るには氷から加熱したほうが早くお湯ができるとか？
若者の数学工学離れが言われますが、こうやって実験実習の機会が減っているのも一因だと思います。すべてがスマホの画面の中で完結してしまっている。
これは貴重な映像資料ですね
氷の模様でピンと来たんですが
砂にスピーカーから発せられる音を当てると模様が浮かび上がる現象がありますが
真空中で凍らせる水に当てるとどうなるのでしょうか？
粒子の整列現象は水でも起こるのでしょうか？
面白い！正直ムペンバ効果って少し胡散臭い感じもしていましたが、真剣に検討する価値がありますね。身近な現象でも科学的に説明しづらいことがあるのは驚きです。
温度低下の速度は「蒸発で取られる熱の量（＝水表面の面積）」÷「水が1℃下がるのに必要な熱の量（＝容器に入っている水の体積）」
容器の形的に水の体積が減っても表面積は大して変わらない。
お湯の方が初めに沸騰の勢いによって水の量が半分になってしまっていたとすると、水の方に比べて2倍の速度で温度が下がることになる。
したがって、初めの沸騰の影響で比較的早い段階で水とお湯が同じ温度になっていたとすると、水量が少ないお湯の方が早く氷になるというのは理に適っていそう。
いずれにせよ、今度は水が飛び散らない工夫をしたうえで再現実験をしてみてほしい。
7.6℃は沸騰しないけど、46.6℃は突沸するので、沸騰石の代用のガラス管とか入れておかないと、飛び出しますね。
もう少し深い容器で沸騰してもしぶきが外に飛び散らないようにしたいのと、両方に温度計入れて温度変化をみたいかなー。
単純に熱いお湯のほうが速く冷えて温度が逆転してしまうパターン
温度は両方冷えてるんだけど、過冷却等で水から始めた方はより低い温度でないと凍らないパターン。
どっちなんだろなー？もしくは全く予想外の別の現象が起きてるか。
個別にやって凍るまでの時間を計るのと、温度の変化も知りたいですね
これで凍らした氷ってレンジで温めたのが冷めやすいみたいに、溶けやすかったりするんかな？
そろそろ揺れない机を購入してほしい
温度が高い→分子の動きが活発ってのと、過冷却水に刺激を与えると凍るってのは関係ありますか？
昔、NHKのガッテンで冷凍庫に水とお湯を入れたらお湯の方が早く氷になったってのがあって議論になったのを覚えている。
温度とファンデルワールス力の関係は何かありませんか？
冷凍庫で作った氷と真空で作った氷は同じか気になります。
やっぱり味も変わるのでしょうかね？
無味になると思うよ
@@puu1103 水道水やミネラルウォーターなら味があるよ。
蒸留水なら無味でしょうけど。
気化熱で温度下げてるなら
水の容器に蓋をすれば真空にしても温度は下がらない？
なるほど、お湯は沸騰して飛び散り水量が減るから早く凍ると言う事ですね。
お湯を冷水まで冷やしてから一旦取り出して冷やし直したらどうなるのか
液体の入った容器にサランラップ(破れたり外れたりしない状態)をして同じことをしたらどうなるんだろう。
真空空間で内で、密閉された容器に入った液体って影響を受けるんでしょうか。
ラップをすることによって空気を抜くことが出来ないなら、やっぱり液体も影響は受けないのかな
普通の水とお湯と冷凍庫にいれたら先、お湯のほうが凍るって
聞いたことあって、試したいんだけど、冷凍庫いつもパンパンなんだよね。
困った我が家だ。
家庭用の冷凍庫はパワーが弱いので効果が出ますかね？
それにお湯を入れると冷凍庫自体が温まって他のものの温度が上昇します。
やるなら業務用の強力なやつか、寒冷地がいいでしょう。
これ、ヨビノリさんが見たら盛り上がるだろうなー
温度差がある方が先に凍るということは
温度にも加速があるという事？
溶存空気による融点降下？
ここまで水蒸気をポンプに吸わせて大丈夫かなぁ、と心配に。
ダイアフラム式真空ポンプあるけど、減圧的にはちと弱いかな？
水蒸気になった水と残って凍った水の違いってなんだろう…
僕の考察なんですけど、ニュートン のゆりかごとの考えで、速い玉(お湯 水分子)が遅い玉(空気)にぶつかったら遅い玉に速度が移ると思うんですよ、それで物体の熱が逃げていくんですけど、お湯ではなく水の場合、水原子の速度が遅くなるので、空気分子とぶつかるまでの速度が遅いじゃないですか、だからお湯の方が早く凍るんじゃないかなって思います。
温度が高いお湯の方が水より飽和水蒸気圧が高いから、同じ圧力下ではお湯の方が盛んに蒸発して気化熱を奪う。
それによってお湯の方が早く冷えるので凍るのも早いんじゃないんでしょうか？
🦊激しく運動している物質の方が、熱の移動がしやすいってことですか？