液体が凍るとは？

Question

息子がいろいろな液体で凍る温度の違いを見つけたいと考えています。
夏休みの理科の自由研究というシロモノです。本人によると「家庭用冷蔵庫の冷凍室を使用して凍った時間を調べる」そうです。ここで、凍った瞬間を見逃さないためにどうすればよいのか、という疑問が湧いたようです。どなたか、実験方法についてのアドバイスをいただけないでしょうか。本人、失敗からまだ抜け出せない様子です。失敗するのも良い研究とは思いますが。

jamf0421 · Accepted Answer

凍結までの時間は凝固点までかかる時間ですから物量によります。物量を確定させる必要があります。
凝固までの速度ですと容器の形状にも依存します。球に近いほど表面積が小さいので凍りにくくなります。
攪拌の有無で凝固までの時間は変わるでしょう。冷却中にきちんと攪拌する方が曖昧さが除けます。
逆に凍らせるものは一つのもので、容器の形状とか物量とか攪拌の有無を変えて時間を計ったら夏休みの宿題にはよいかも知れませんね。
凝固点をきちんと決めるには冷却中に攪拌し、温度をはかり続ける必要があります。この場合普通は液体の間はわりと速やかに温度が下がり、そのまま過冷却になり、それから温度が少し上がって凍結します。凍ったあと、さらに固体としてなだらかに温度が下がり続けます。横軸時間、縦軸温度のグラフでその固体のフラットな冷却線を逆にもどして（時間の若い方へ外挿して）、もとの降下曲線にぶつかったところが凝固点（温度）です。時間をいうのでしたら、もしかして過冷却から上がったところなのかも知れませんがはっきり決めにくいかも知れません。小学生なら目視で適当に決めてもよいかも知れませんね。

最後に冷凍庫である必要はあるのでしょうか？寒剤という手があります。塩化ナトリウム77.6%、氷77.6%で-20℃くらいには出来ます。上手にやれば塩化カルシウム58.8%と氷41.2%なら-50℃まではいけるはずです。（正確は到達点はお調べ下さい。）

ht1914 · Answer

どこで凍ったかを目で確認するのは難しいです。
一定時間毎に温度を測定してグラフを作るのがいいと思います。徐々に温度が下がっていく途中で段が出来ます。ソレがまた下がり始めたら全部凍っています。
試験管はないかもしれませんが直径２～３ｃｍ程度のサンプル瓶のようなものがあるとやりやすいですね。

熱湯に瓶ごと浸けて中身を融かし外に出して自然に冷まします。これだと防虫剤の融点がはかれます。もし成分の違う市販の防虫剤が手に入れば混合物にしたときの融点もはかることが出来ます。

水溶液の場合は＃３に書かれている寒剤を使うと良いでしょう。

Hiyuki · Answer

まずは目的を明確にすることが実験の基本かと。
この場合は、凍った時間ですよね。
ここで問題なのは、時間の確認方法とともに、どの状態を凍ったと見なすかが重要になると思います。
完全に凍ってしまった時間か、表面に膜を張る程度にするか、これによって結果は変わってくると思います。
まずは、凍るというのはどういうことかということを改めて確認してはどうでしょうか。

あと、方法ですが、まずは予備実験を行うのがよいかと。恐らく水はその候補に入っていると思われます。それを凍らせて、
どの程度の時間で凍るか非常に大まかでいいので確認してみることです。
1日なのか、数時間なのか、数十分なのか。
その結果から確認方法は自ずと見えてくると思います。
あと、実験をやる際は条件をそろえるために同時に行ってくださいね。

lawrencer · Answer

結論・お金がかかりますね（電気代）

ドアを開けたままにして透明なビニールシートを貼り付ける。
その外にビデオカメラで録画する。
あとダイソーとかで打ってるような温度計を水の中に入れて温度も映しながらやるといいでしょう。

で、当然ですが冷却効率がものすごく下がるので・・・お金がかかりますね（笑）

ビデオカメラごと冷凍庫に入れるような真似はしないでくださいね、
壊れます。

液体が凍るとは？

凍結までの時間は凝固点までかかる時間ですから物量によります。

どこで凍ったかを目で確認するのは難しいです。

まずは目的を明確にすることが実験の基本かと。

結論・お金がかかりますね（電気代）

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