スプレーが冷たくなる原理。

質問

スプレーの冷たくなる原理について質問です。
例えば油圧などの、リリース弁(圧力設定バルブ)などで、高圧あ油が大気圧に解放されるときに、圧力エネルギーが熱エネルギーになるため発熱すると、習いました。実際、熱くなるのを確認しました。
しかし、スプレーなどで(ガスコンロのがすとか)高圧の気体、液体が大気圧に解放されるのに冷たくなりますよね？
なぜスプレーは熱くならずに冷たくなるのですか？
原理を教えて下さい！

回答No.5

chie65536（@chie65535） · ベストアンサー

＞回答ありがとうございます、このサイトを見て頂けないでしょうか？油温があがる過程が説明してあるのですが。圧力エネルギーが熱エネルギーに変換されると発熱するとなっております。

動作油は「液体のまま」ですよね？気体、液体、固体などの「状態」は変化しないまま、液体は液体のままで、圧力のエネルギーが熱エネルギーに変換される、と言う話です。

一方、ガスボンベのように「液体が気化する場合」には、「液体が気体になる」など、状態が変化するので、潜熱（気化熱）の影響の方が大きくなって、圧力が熱エネルギーに変換されるのは「無視して良いほどの量」になります。

「圧力エネルギーが熱エネルギーに変換される」のと「液体が気体になる時に周囲の熱を奪う」のは「まったく別の話」です。

この２つは「同時に起こることもある」でしょうけど、気化熱は移動する熱の量が桁違いに大きいので「スプレー缶が冷たくなる」のです。

「まったく別々の事象が同時に起こっている」のに、質問者さんが勝手に「片方しか（圧力エネルギーから熱エネルギーへの変換しか）起こらない」と思い込んでいるから、原理が理解できず、言っている事に納得できないのです。

圧力エネルギーから熱エネルギーへの変換で0.1熱くなっても、気化熱で10冷えれば、トータルで9.9冷えるのです。

気化熱で10冷えるのを無視して「エネルギー変換で0.1は熱くなるから、トータルで熱くなる筈だよね」って言ったって、誰も納得しませんよ。「お前、なんで気化熱を無視すんの？気化熱の事が嫌いなの？」って言われてオシマイです。

お礼

面白いですね、回答者様の回答は。
勉強になりました、ありがとうございました。

回答No.4

ORUKA1951

スプレー缶の加圧気体に何を使うかにもよります。
　塗料スプレーの場合は、かって使われていたＬＰＧ(液化石油ガス-liquefied petroleum gas)からＤＭＥ(ジメチルエーテル-dimethyl ether)への置き換えが進んでいます。
　液化ガスを気化させると、状態変化により吸熱します。

　液体から気体になるためには、一つ一つの分子がエネルギー(熱)をもらわなければならないと言うことです。
　中華料理店のプロパンガスボンベを見る機会があったら、霜が付いていることがありますね。

　また、圧縮されていた気体が膨張するときにも冷えます。これは、二酸化炭素のボンベのバルブを開くとドライアイスが出来るのと同じです。スーパーで配られるドライアイス頒布機械の傍に炭酸ガスのボンベがありますね。

　スプレー缶が冷える最大の要因は、断熱膨張ではなく液体が気体になるときの吸熱です。(ボンベ内の圧力は変化していませんから）
　ただ、ノズルから噴出す塗料が冷たいのは、それに加えて断熱膨張が影響しています。

＞例えば油圧などの、リリース弁(圧力設定バルブ)などで、高圧あ油が大気圧に解放されるときに、圧力エネルギーが熱エネルギーになるため発熱すると、習いました。
　これは逆に覚えていませんか？？
　PV=nRTという気体の状態方程式( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%B3%E3%83%87%E3%83%AB%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%82%B9%E3%81%AE%E7%8A%B6%E6%85%8B%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F )、ジュール＝トムソン効果( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B8%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%AB%EF%BC%9D%E3%83%88%E3%83%A0%E3%82%BD%E3%83%B3%E5%8A%B9%E6%9E%9C )、「逆に断熱過程で気体の体積が増大した場合、系の温度は低下する（断熱膨張）( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%96%AD%E7%86%B1%E8%86%A8%E5%BC%B5 )」
　のはずです。以上は気体ですが。

　液体も温度を上げると体積が増えます。密閉され熱を加えると圧力が高くなりますね。一方、温度を下げると圧力は低下します。圧力を加えると周囲に衝突する頻度が上がり＝温度が上昇するでないとおかしいです。

お礼

ありがとうございました！
とても勉強になりました。

補足

回答ありがとうございます、このサイトを見て頂けないでしょうか？油温があがる過程が説明してあるのですが。圧力エネルギーが熱エネルギーに変換されると発熱するとなっております。http://www.juntsu.co.jp/qa/qa1301.html

回答No.3

mpascal

スプレー缶の中身が気体であったとしても、気体が減圧しながら放出されることにより放出されることにより温度は下がります。

私は、詳しくは説明出来ませんが、熱力学の断熱膨張を調べてみて下さい。

お礼

ありがとうございました！
とても勉強になりました。

回答No.2

chie65536（@chie65535）

一言で言うと「気化熱を奪うから」が正解。

気体に高圧をかけて液体にすると、気体が持っていたエネルギーが「熱として放出」されます。

その液体を気体に戻すと「液体になる為に放出した熱」が足りなくなるので、周りから熱を奪います。

「周りから熱を奪う」って事は「周りが冷たくなる」って事です。

水を凍らせる場合も、水が持っていたエネルギーを「熱として奪う」必要があるので、冷凍庫で「冷やす」ことによって熱を奪って、液体から固体に変えます。

氷が溶けて周りが冷えるのも「氷が固体から液体の水に変わる時に、融解熱を周囲から奪うからです。

固体、液体、気体の三態は、変化する際に、熱の移動が起きます。この熱を「潜熱」と言います。

お礼

ありがとうございました！
とても勉強になりました。

補足

回答ありがとうございます、このサイトを見て頂けないでしょうか？油温があがる過程が説明してあるのですが。圧力エネルギーが熱エネルギーに変換されると発熱するとなっております。http://www.juntsu.co.jp/qa/qa1301.html

回答No.1

toteccorp

圧をかけて発熱をしたのではないですか。

お礼

ありがとうございました！
とても勉強になりました。