液体窒素の沸点前後で気泡が勢いよく発生するのはナゼですか？

質問

液体窒素の沸点前後で気泡が勢いよく発生するのはナゼですか？

液体窒素で金属を冷やすときがあるのですが、金属に
液体窒素を注ぐと、最初は沸騰し、気泡が発生します。

で、液体窒素の沸点近くまで金属が冷却されると、金属の回りから
突然勢いよく気泡が発生します。それ以降は、気泡の発生はおとなし
くなるため、気泡が発生中に沸点以下に金属が冷やされたと考えました。

以上、よろしくお願いいたします。

回答No.1

kbtkny · ベストアンサー

沸点よりかなり高い金属が入ってきたときには、金属の周りに沸騰した窒素の膜が
次々でき液体の窒素との接触を妨げる為柔らかな沸騰になっているのではないでしょうか。

沸点近辺に金属が冷えてくると、金属表面の沸騰が落ち着いてきて、液体窒素との接触が
増えるようになり勢いよく気泡が出るようになる気がします。

もしかすると金属の熱伝導度の違いによって勢いよく気泡が発生する時期が違うかも
しれません。

予想ですのであくまでも参考まで

お礼

回答ありがとうございます。

接触面積によるものということでしょうか？

現象そしては、最初はドライアイスを水に入れた時のような
気泡の発生で、最後はぶくぶくともう少し小さめの泡が勢いよく
なります。明らかに、あ～きたきたと判るくらいに違うのですが…

もう少し考えてみたいと思います。ありがとうございました

回答No.4

prometheus61

膜沸騰と核沸騰の違いというのが答えになるのではないでしょうか。

簡単に説明しますと、膜沸騰とは液体が高温の物体に触れて瞬時に沸騰し、表面に膜を作っている状態です。この状態では液体窒素と金属が直接は触れ合っていないため（熱は気体を通して液体窒素に伝えられている）、温度差があるにも拘らず穏やかに沸騰します。

それに対して金属の温度が下がってくると、今度は直接液体窒素と金属が触れ合うようになります。この状態が核沸騰で、直接液体窒素を加熱するので勢いよく沸騰する事になります。

熱伝導度が変化するからというよりは、間に窒素の膜を挟むか挟まないかではないかと思います。

回答No.3

mienaikuuki

注がれる相手が沸騰する温度を大きく上回っていれば接触する前に気化してしまいます。気化するには注がれる相手から熱をもらう必要があります。だから注がれた相手は温度が下がります。注がれる表面の温度が沸点に下がるまでは連続的に気泡を出し続けることになりますが、沸点と同じになれば気泡を出した瞬間に表面温度は沸点を下回るので気泡は途切れてしまうことになります。その直後に熱が伝わってきて沸点に達しればまた気泡を発生させることになります。だから余計に気泡が目立つのではないでしょうか？と考えるのが妥当だと思います。

回答No.2

mienaikuuki

容器の表面が液体窒素と同じ温度（沸点温度ではない）になったから泡が出なくなっただけです。最初は容器表面の温度が沸点以上あるから容器に入った瞬間に蒸発してしまいます。後は容器の熱伝導率によって変わってくると思います。容器全体が冷えてしまえば容器に接触している部分から気泡が出ることはなくなります。加熱した鍋にいきなり水を入れたときや火にかけた沸騰しているやかんの火を止めたときと同じ理屈です。

お礼

回答ありがとうございます。

この場合、容器というのは金属のことですよね？
また質問になっていまうのですが、気泡が最後勢いよく
なるのは、熱伝導度が変化するからという事でしょうか？