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2008/08/04

ムペンバ効果を検証してみた。

 巷で物議をかもし出している、ムペンバ効果について実験してみました。

ただし、さすがに一般家庭には温度計やビーカーなんて物は無いので、殆ど参考程度の実験です。

ちなみに、私も予想外の実験結果でしたorz

実験環境

  家庭用冷蔵庫(富士通 ER-32ST)
  冷蔵庫付属の製皿(あらかじめ、『常温』に戻しておく)
  比較対照用の大きい製皿(あらかじめ常温に戻してある)
  水(常温 25℃くらい?)
  熱湯(沸騰させた物 100℃近く)
  冷水(冷蔵庫に入っていた物 8℃前後と思われる)

 
実験前考察

 まず、常識的観点から言って、熱水の方が早くになる事はありえないと思われる。
仮に熱水の方が早くになる場合、温度上昇による『熱膨張』や、『気化熱』及び、『対流現象』が作用しているのではないかと考察される。
 また、冷凍庫内の温度変化をなるべく防ぐ為、冷凍庫を開いて確認する頻度を、30分に一回に留める。
 製皿を置いた場所の冷気の対流等も勘案して、何回かの追実験が行われる事が望ましい。
 家庭用冷凍庫の振動を勘案し、『過冷却状態』はおきていないものとする。
 実験の終了は、熱水・常温水共にの膜を形成し、両者の氷の厚さを比較する事で結論とする。


実験状況

常温にした製氷皿3つ。 左2個が冷蔵庫付属の物。大きい物は、比較の為の冷水を入れる。
製氷皿

左側が常温の水(25℃程度)  右側が熱湯(100℃近く) 
ムペンバ効果実験

左側が常温の水(25℃程度)  右側が熱湯(100℃近く) 上は冷水(8℃程度)を注いだ物
ムペンバ効果実験


30分後に冷凍庫を開けて確認した時には、全ての製氷皿で氷結はしていなかった。

1時間後に冷凍庫を開けて確認したところ、全ての製氷皿で氷結はしていなかった。

1時間半後に冷凍庫を開けて確認すると、全ての製氷皿で表面が凍っていた。

1時間半後の常温水の様子。(厚さ約1ミリ程度の氷が確認された)
ムペンバ効果実験

1時間半後の熱湯の様子(かなり薄いが氷の膜が確認された)
ムペンバ効果実験


○実験結果

 ムペンバ効果は確認されなかった。


○実験終了後の考察

 実験終了を両者が氷の膜を形成した時点で終了とした為、1時間半で実験は終了となったが、さらに1時間後に取り出してみたところ、熱湯の方は完全に氷になっていたのに対し、常温の方はまだ中心部に水で残っていた部分を確認した。(ただし、実験終了と同時に製氷トレイを入れるところに戻した為、考察の対象とはしない)

 実験の結果、全ての温度において同時に冷凍庫に入れれば、似たような氷結時間を要する事が判った。(誤差10~20分程度と思われる)

 また、氷の厚さ等から勘案して、明らかに常温水の方が早く凍り始める事も確認された。

ただし、実験のやり方に問題がある為、本実験のみでムペンバ効果を否定する事はできない。
(水温を計っていない事や、冷凍庫内の温度変化のデータ取得や、追実験を行っていない事)

 この実験のやり方の問題点として、熱水と常温水を同時に冷凍庫内に投入する事が挙げられると思う。
 今回は、100℃の熱湯と、25℃程度の常温水を同時に投入しているため、冷凍庫内の熱平衝がかなり大きくなっているはずであり、それが常温水の氷結度合いにも関与している可能性は否めない。

 また、本来の『ムペンバ効果』が『アイスクリーム』の製造過程で発見されている事から、たんぱく質や溶質である砂糖の関与も否定できず、『水で実験を行う事自体が間違えでないのか?』という考察も行える。

 上記アイスクリームの製造過程で、ムペンバ効果が発見されている事から、『金属製の容器』で無いと効果が確認できない可能性も否定できない。

(ちなみに、アイスクリームは冷凍庫を使わない方が美味しくできるのですが、それはまた別の話でw)


○ムペンバ効果の実験をされているサイト

さつきのブログ「科学と認識」 「ムペンバ効果」について考える(その1)
さつきのブログ「科学と認識」 「ムペンバ効果」について考える(その2)
大槻義彦公式ブログ


○ムペンバ効果の紹介サイト
水のおもしろ実験 お湯が先に凍る?
wikipedia (ムペンバ効果の説明)

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