電気で物質の温度を下げることは出来ますか？

質問

電気ヒーターなどで電気を使って温度を上げることは出来ますが、逆に下げることはできないのでしょうか？
　理論的にはできるけど、技術がそこまで至っていないのか、それとも理論的にもできないのか。どちらなのでしょうか？

　また、まったく別の質問なのですが、テレビで密閉した容器の中に水の入った器があって、中の気圧を上げていくと、器の中の水が沸騰したといった実験を見たことがあります。
　ということは逆に、乾燥した一気圧窒素８０％酸素２０％の気体と水の入った器が密閉した容器の中に入っていて、中の気圧を下げていくと水が凍ったりするのでしょうか？またどのくらいの気圧になると水が凍るのでしょうか？

　二つも質問をしてしまって申し訳ありません。どなたか教えて頂けないでしょうか。お願いします。

回答No.6

sailor · ベストアンサー

電気を用いて機械的な装置を使わずに温度を下げることは出来ますし、既に実用化されていますよ。
＃１の方が述べられているペルチェ素子がそれです。機械式のヒートポンプ（エアコンや冷蔵庫）などに比べると効率が良くないので、大型のものにはあまり使われませんが、ポータブルの小型冷蔵庫やワインセラーなどの比較的小型のものでは結構見ますね。ペルチェ素子のよいところは機械的に動くところが全くないので静か（素子自体を冷却するファンが必要な場合もある）であること、温度の管理が電流の増減で自由になること、電流の方向を変えるだけで冷却加熱の両方が簡単に切り替えられるなどです。

一般的なペルチェ素子は数センチ角の板状で、電流を通じると片方の面が冷え、反対側が吸熱した分＋電流によって生じたジュール熱の分だけ加熱されます。秋葉原あたりの部品店では普通に売っていますよ。http://akizukidenshi.com/catalog/goods/search.aspx

二つ目に質問ですが、そのとおりです。気圧を急激に下げると温度が下が氷ります。水を入れたビーカーに真空ポンプをつなぎ内部を真空にすると、ある点をさかいに内部の水が急激に沸騰しその後に凍ってしまいます。詳しくは参考URLをどうぞ。

参考URL：

http://nandemo-lab.cocolog-nifty.com/blog/2008/03/post_e888.html

お礼

貴方樣の意見と上記のサイトをのおかげでたいへん見識が広がりました。本当にありがとうございます。

補足

最初はこのプロセスを見せるだけでしたが、中学生以上向けに、温度計を入れて水の温度変化を見てもらうことにしました。真空に引くと、室温の25℃付近に放置してあった水が、高度約25000mに相当する30hPaで飽和蒸気圧になって沸騰を始めます。沸騰を始めると、見る見る温度が下がり始め、そのうちに沸騰は収まりますが、温度はさらに下がって、0℃に近づきます。0℃になるか、若干、0℃を下回ると、一瞬にして凍結します。真空が気化熱を奪って水の温度を下げ、凍結に至ったわけです。水の蒸気圧曲線に沿って温度が低下した、という説明もできます。これは、高校の化学で習います。

上記のサイトを見させていただきました。ここの部分がよくわからないのですが、「沸騰を始めると温度が下がる」原因が、「真空が気化熱を奪う」とのことですが、そこがよく分かりません。
もうひとつに、なぜ水は一瞬で氷になったのでしょうか、徐々に氷になっていったのではなく、温度が０を下回った瞬間に氷になった。その理由がよく分かりません。

回答No.5

G500

No.2です
後者の質問ですがフリーズドライは後者の方法を利用したもののように思われます。
質問に対する答えではないかもしれませんがフリーズドライの方法を参考にすれば参考になる数値がわかるかもしれません。

因みにNo.1の方が触れていたエアコンの冷房・暖房は冷媒の圧縮と膨張（？でいいのかな？？）を利用したものですね。

回答No.4

k_kota

ペルチェ素子もあるし冷蔵庫もエアコンもできます、ヒートポンプって呼んでよかったかな。

＞また、まったく別の質問なのですが、テレビで密閉した容器の中に水の入った器があって、中の気圧を上げていくと、器の中の水が沸騰したといった実験を見たことがあります。

多分逆で気圧を下げると沸騰します。
凍るかどうかで言えば、凍ります。
気圧じゃなくて温度で決まります、水の融点は気圧の影響は受けません。
蒸発すると気化熱をうばうのでその結果温度が下がります。

ただ、0度でも蒸発するには0.06気圧以下である必要があります。

回答No.3

mn1613a

電気を流すと、片側が冷えて片側が熱くなる、ペルティエ素子というものがあります

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9A%E3%83%AB%E3%83%81%E3%82%A7%E7%B4%A0%E5%AD%90

小型化が容易なので、キャンプ用とかのポータブル温冷庫や、無音を活かして病室用の冷蔵庫とかに、もうずいぶん昔から実用化され、普通に売っています

ヒートポンプよりは効率が劣るので、小型や無音をどうしても活かしたい機器以外には使われていません

密閉容器の気圧を下げると、水は沸騰します
高山では、沸騰しても100℃にはならなくて、料理が生煮えになるのと同じ理屈です

TV番組でもそうだったはずですが、質問者さんが覚え間違いしたのでしょう

急激に気圧を下げると、温度も下がって、沸騰する前に凍ることもあるかもしれません

気圧を上げると、沸点は高くなるので、100℃でも沸騰しなくなります

急激に気圧を上げると温度が高くなるので、その温度で沸騰することもあるでしょう

回答No.2

G500

前者の質問ですが
ペルチェ素子というものがあります。
わたしは使ったことがないので詳しくは無いのですが通電すると片面の温度が下がり反対の面の温度が上がる物のようです。

USB接続のカップウォーマーなどに使われているようです。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9A%E3%83%AB%E3%83%86%E3%82%A3%E3%82%A8%E7%B4%A0%E5%AD%90

お礼

ペルチェ素子ですか。初めて知りました。教えて下さりありがとうございます。

回答No.1

masudaya

ペルチェ素子を用いれば，温度を下げることが可能です．
(熱の流れを電気を使って制御しています．)
と言うか，エアコンも電気を使って温度を下げているのですが．．．

お礼

ありがとうございます。