スプレーすると缶が冷たくなる理由？

＞液体から気体になるにはエネルギーが必要
＞缶内にはエネルギーは無い
＞そのエネルギーを大気から得ている。つまり
＞「気化熱により外部から熱を吸収するため」が正解

この理由はおかしくないですか？

No.1 回答者： fitto 回答日時： 2003/08/30 05:08

スプレー缶って、冷たくなりましたっけ？

冷たくなるとすれば、気化熱です。

クーラーの原理と同じですね。
圧縮され液体となったガスを霧状に噴出したとき、気化熱で冷える。
スプレー噴射口では、この現象がおきています。
この熱が伝わるか、もしくは缶の中でガスが気化して、熱を奪っていると考えるのが普通だと思います。

No.2 回答者： noname#21649 回答日時： 2003/08/30 05:45

おかしくないです。

ただし.前提条件として「フロンガス又はプロパンがす（商品名.成分は.プロパンとブタンの混合物でブタンが液体）が入っている」ということが必要です。

噴霧器等の場合には.圧縮空気ですから.液化しません。
このばあいには.1行目を
圧縮された気体が膨張するにはエネルギーが必要
「断熱膨張により外部から熱を吸収するため」が正解
と読み替えてください。

No.3 回答者： noname#21649 回答日時： 2003/08/30 05:47

またやっちゃった。

「断熱膨張により外部から熱を吸収するため」が正解
が間違い
「膨張により外部から熱を吸収するため」が正解
がただしいです。

No.4 回答者： First_Noel 回答日時： 2003/08/30 09:59

ご質問の内容は，おかしくないと思います．

クーラーの冷却原理は，気化熱による場合もありますが，
原理としては「ジュール・トムソン効果」です．
これは圧力の高いガスを，小さな穴から圧力の低い場所へ
噴出するとき，等エンタルピー過程となり，温度が下がる現象です．

スプレーでも，押し圧用に液化ガスではなく，例えば圧縮空気やフロンなどを
利用したスプレーでも，ジュール・トムソン効果によってスプレー缶は
冷却されます．例えば火炎放射器は，ジュール・トムソン効果によって
燃料ボンベが冷却される仕組みになっています．

No.5 回答者： sentakubasami 回答日時： 2003/09/02 05:06

(1)＞液体から気体になるにはエネルギーが必要

(2)＞缶内にはエネルギーは無い
(3)＞そのエネルギーを大気から得ている。つまり
(4)＞「気化熱により外部から熱を吸収するため」が正解

熱力学に詳しくない人が書いたものだとは思うが、理系BBS的見地でおかしい箇所を指摘せよというのなら(2)だね。ガスの減少を補充する液相から気相への変化に要する熱(相転位熱)の源は液相自身が持っている熱エネルギーであるのは常識。その結果エネルギーが減って温度が下がり、その結果として外界（手のひらなど）との温度差に応じた熱が流入する。缶内にエネルギーが無い状態から始まるのではない。スプレーを始める前は外界と熱平衡状態にあり缶内もその温度に応じた熱エネルギーで満ちている。

そんなことよりもこれを書く気になった訳は、この種の説明にジュール・トムソン(以下J/T)効果が好んで用いられる傾向が日頃気になっていたので一言。J/T効果をごく簡単に説明すれば「圧力変化があればそれに伴って温度が変化する」である。だが日常スプレー缶を使って分かると思うが噴出圧は見る見る下がるものではなく短時間内ではほぼ一定だ。なぜなら液相と気相が接してる系は温度に応じた圧力が保たれるからである。缶内の圧力変化は(短時間内ではほぼ)無いのだ。圧力変化が無いならJ/T効果による温度変化も無いのだがここまで考えが及んでないように思われる。実際にスプレーしてるうちに缶がヒンヤリしてくるのは内部での相転位による熱エネルギの減少が主因である。
缶が何度ほど冷えたかを測り、使用ガスのJ/T係数を何かで調べて冷えた温度変化に相当する圧力変化がいかほど必要なのかを逆計算してみれば納得すると思うのだが。

いっぽう高圧ガス容器(液化してないガス)からガスをチョロチョロ使ってると容器や調圧弁が冷える現象の方はJ/T効果が主因なのだが、これが伝言ゲームよろしく高圧容器が大衆受けのよいスプレー缶に化けたのかも知れない。教養レベルの物理書のJ/T効果の項にこの種の記述が散見されるのだが鵜呑みにした子引き孫引きで広まったのであろう。液化ガスか否かを無視した一元的な説明は(初等的には)無理なのだ。

またこれが原因なのか、断熱変化(膨張/圧縮)によって温度が変化する現象は皆J/T効果なのであると信じる人も見受けられる。残念ながら自動車やロケットやジェット機や発電所の蒸気タービンなどはどれもJ/T効果で動いてるのではないのだが。
さらに同様な誤解に基づいているのか冷蔵庫やエアコンの冷却もJ/T効果の賜物であるとの説明を散見する。しかし家庭用機で設計されてる冷却プロセスではJ/T効果で温度が下がるよりも主役はエアコン室外機の中のラジエータ(放熱器)であり冷蔵庫外壁の放熱面なのだと説明する方が適切なのである。だがこんな地味な説明よりもJ/T効果のほうが高尚?なことのようで受けがよいのが日本の理科の実状なら悲しいことだ。
　

無礼の段御容赦>No4氏

この回答への補足

ありがとうございました。某所でたまたま見てあ然とした答だったのでほかの人の答を見たかったのです。
エアコンの原理の方は意外でした。昨年クルマのエアコンを交換したときの説明書もフロンガスが圧力調節バルブを通るときジュールトムソン効果で温度が下がると説明されてたような。。この機会によく考えてみます。

補足日時：2003/09/08 01:31

No.6 回答者： First_Noel 回答日時： 2003/09/02 11:05

＃４です．再び失礼致します．

＃５さま，ご指摘ありがとうございます．
（物理は客観ですからご指摘を無礼とは全く思いません．）
ただ，缶内圧力の変化が緩やかであることは承知の上で，
書きましたのは缶内から大気中への絞りのことでした．

ただ主因となりますと，定量的な比較もせず書きっぱなしに
なってしまってます，＃４．．．すみませんでした．
どうも自己冷却缶が先に立ってしまったようです．
語弊あります回答してしまったこと，お詫び申し上げます．

質問者さまへ．スプレー缶は缶内が液相でなくても，
＃５さまおっしゃるように，冷却されますので，
スプレー一般としては，一意に気化熱が原因である，とは
言えないことは下記の通りです．

No.7 回答者： First_Noel 回答日時： 2003/09/02 11:34

すみません，三度．

クーラーに関しての記述は，
絞りは蒸発の前にある冷却サイクルのひとつの過程ではあるけども，
冷える主因とは言えないこと，訂正致します，＃４の記述をお詫び致します．
＜（＿＿）＞

この回答へのお礼

ありがとうございます。ジュールトムソンがきっかけで勉強になりました。

お礼日時：2003/09/08 00:28