水の温度が100℃にならない理由を教えてください

質問

今、ある実験をしているのですが、次のような現象の説明がつかず困っています。
試験条件は、500mlの水を板金の箱に入れ、その中に700Wのカートリッジヒーターを入れて沸騰させようとしています。
室温20℃の大気開放の場合は5分ほどで水の温度が100℃になり沸騰し始めます。
しかし、同条件で横から60℃の温風を水面に当てると水温は96℃付近で一定となり、完全に沸騰しません。温風を止めれば再び100℃になり沸騰します。
これはなぜなのでしょうか？
回答をよろしくお願いします。

回答No.9

ht1914 · ベストアンサー

この質問は
（１）沸騰した温度が１００℃以下だった。
（２）１００℃になっても沸騰しなかった。
のどちらでもありません。
（３）温度が９６℃までしか上がらなかった。（沸騰はしていない）
という質問です。
横から風を当てたときに温度が上がらなくなるのですから冷却効果が働いたことになります。その理由は風により気化が促進されて気化熱で奪われる熱量が多くなると言うことでしょう。＃６のご回答でいいと思います。
鍋でお湯を沸かすとき、ふたをした場合としてない場合とで沸騰までの時間が異なります。ふたをしていると溜まった蒸気で圧力が高くなりますので沸点が高くなり余分な加熱が必要ですがそれでも速いのです。ふたのない場合は蒸気がどんどん逃げるので気化熱による熱の損失の方が大きく効いてきます。
質問の場合でもある温度（例えば８０℃とか９０℃）に達するまでの時間を計ってみられるといいと思います。風のある場合の方が時間がかかると思います。
（１）（２）の場合だと液面にかかる圧力の変化が問題になるでしょう。

回答No.8

ke-ke

よくわかりませんが。

温度が一定になるか、それともどんどん上昇するか
(今回の場合は100℃に到達するか)は、入熱と放熱の
バランスで決まるはず。
(ある温度で一定になるということは、その温度で
入熱＝放熱)

水面からの放熱は、
水面の表面積ｘ(対流)熱伝達係数ｘ水面と空気の温度差
で表され、大気開放の場合空気の温度が20℃で
温度差は大きくなりますが、所謂、自然対流の
熱伝達ということで熱伝達係数は小さいです。

温風を当てた場合は、空気の温度が60℃で温度差は
小さくなりますが、熱伝達係数は、強制対流ということで
自然対流よりも一般的には一桁ぐらい大きくなるはず。
(風速によりますが。)

ということで、放熱量を計算したら温風を当てた場合
の方が大きく、96℃で放熱量と入熱量がバランスして
しまう、っていうことのような気もしますが、
700Wも入れていたら、幾らなんでも沸騰する感じがします。

回答No.7

noname#26663

恐らく、表面の問題では無く、
内部の問題だと思いますので、

沸騰しないのは、
加圧、奪熱、対流のどれかで熱が奪われるのだと思います。

実際、対流の上点を冷却すれば沸騰しないとは思いますが、
沸騰してからヒーターを取り除いて温風のある場合と無い場合の変化と比較すべきです。

回答No.6

yu-yake

気化ってかなりのエネルギーを消費します
1ｇの水が蒸発するのに580cal必要です
で、500ｇの水から580cal奪うと約1℃下がっちゃうんですよ

うどんも36℃の温風でふ～ふ～しますが、気化で冷ましてますよね
風で気化が促進されヒーターが追いつかなくなるんでしょ

ちなみに気圧が下がれば「96℃付近で完全に沸騰します」な～んて質問になると思うんですよね

回答No.5

marori3

蒸気が熱を奪います。

温度が高くなるほど蒸気が出やすくなります。
ただ単に大気開放の場合は、蒸気は出ていますが、水表面で漂うだけで熱を奪いにくいです。

風を送ることで、次々に蒸気を飛ばし熱をドンドン奪います。

知ったかぶりです・・・。

回答No.4

p-tenshi

水面に温風を当てると気圧がその水面だけ少し高くなるから
１００℃で沸騰しないのではないのでしょうか。
逆に水面近くを掃除機の吸い込みノズルで吸う状態にして気圧を下げれば１００℃以下で沸騰するのでは。

回答No.3

hama-t

こんにちわ
温風の温度（６０℃）には何か意味がありますか？
他の回答者さんにもあるように、風を当てることで気化が促されますが、これはヒーターの入熱とのバランスなので詳細不明です。
温風でなくとも風を水面に当てる＝気圧を下げることになりますので、水が１００℃になる条件（１気圧）より気圧がさがりますので・・・。
これでは説明になりませんか？

回答No.2

humihiro2003

大気開放の場合、箱の周りが60℃を超え100℃近くまで達することができる。
一方、60℃の温風を当てると、箱の周りが常に60℃のままであるため、
100℃になろうとする水を60度に冷やそうとするため。
ではないでしょうか？
素人ながらの意見です・・・

回答No.1

trajaa

説明がつかない。。。かな

温風とはいえ60℃ですから、風を水面に当てれば気化熱が発生するのでは？

そういう意味の説明ではだめなんでしょうか？