氷をレンジでチンしたら・・・・

氷をレンジでチンしても
溶けないって　本で読みました。
実践してみると本当でした。

理由は書いていなくて
すごく謎です。
氷が解ける原理、わかる方
いらっしゃいますでしょうか？

教えてください！

No.4 ベストアンサー 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/04/07 08:17

いくつかの要因があるのですが。

　電波による誘電加熱は、マイクロウェーブと呼ばれる電磁波で水分子を直接振動させる加熱方法です。そもそも温度とはその物質を構成する粒子の振動/運動です。
　ここで、その周波数と、水分子の固有振動数が一致--共鳴すると電磁波は水分子に吸収されて水分子が振動をはじめます。
　★水分子が強く結合しているから動けないというわけではありません。
　これは後で説明しますが別の話です。もしそれが正しいなら、ちょっと考えれば分かりますが、もっと結合力の弱い--ゼロの水蒸気が電子レンジで加熱できるはずですが水蒸気は加熱されません。

　水に限らず、物質を構成するすべての粒子にとって固有振動数があります。絵の具に色があるのも、発光ダイオードやレーザーの色も、空が青く植物の葉が緑なのもすべてその固有振動数と電磁波の振動数(波長)によるものです。
　水分子が固体のときと、液体のときと、気体のときは固有振動数が異なるのです。バネでぶら下げられている重りのばねの強さを変えると振動数が変わるのと同じです。
　音叉を叩くと、同じ周波数の音叉が共鳴して振動を始める実験も経験があると思います。誘電加熱とは、これとまったく同じ原理です。

　電子レンジの周波数は、液体の水の振動数に合わせてあるのです。業務用の解凍専用の電子レンジは915MHzという低い周波数にしてあります。

　氷を構成している水分子もいつも固体であるわけではなく、局所的には隣の分子と手をつないだり離したりしているので電磁波さえ届けば加熱されても良いのですが・・実際加熱もされるのですが、水と氷の相変化のためには膨大なエネルギーが必要です。ほとんど同じ分子量のメタンと比較しても、０℃という極めて高温まで個体でいられるということは、その結合力がとても大きいことを示しています。
　氷と水をビーカーに入れて加熱して温度上昇を測る実験を小学校で行ったと思いますが、氷全体が溶けきるまでは、いくら加熱しても!!!熱を加えていも!!!温度が上がらなかったと思います。同じ０℃の氷と、０℃の水を氷枕に入れて頭を冷やそうとしても水のほうはすぐ温度が上がってしまったと思います。

　ここまでは、小学校や中学校で行った実験や知識をきちんと理解していたら、理解できると思います。

　氷を電子レンジで加熱すると、やはり水分子はそれを吸収して振動しますが、強い結合力のために氷を溶かすまでにいたりません。そして、表面の一部が溶けてしまうとそれに吸収されたエネルギーはその水の温度を上げたり気化させる(これにも沢山のエネルギーが必要)に喰われて内部まで届きません。液体の水に吸収されにくい低い周波数で過熱すると内部の氷にも熱を加えることは出来ます。

・氷を溶かすために大量の熱が必要なために氷が温まらないように見える
というのが理由です。これは先のビーカーに入れた氷や氷枕の話と同じです。

　そもそもエネルギー保存則から、氷であろうと水であろうと吸収されたエネルギーと等しいだけ内部エネルギーは上昇しているはずです。温度を上げることができない＋吸収されにくい＝表面で吸収されて内部に届かない

No.5 回答者： kandumetomato 回答日時： 2013/04/07 18:48

すごく大ざっぱに説明すると、

　・なぜ氷は加熱できない？　→　氷は電子レンジの電磁波を吸収できないから。
　・水と氷で何が違うの？　→　氷は固体なので、電子レンジの電磁波とは相性が悪い。
　・固体だと加熱できない？　→　できます。氷も、氷用の電磁波を使えば加熱できる。
　・氷用の電磁波は何が違うの？　→　周波数が違う。ここでの周波数とは、電気のプラスとマイナスが入れかわる速さ。電子レンジの周波数では氷には速すぎる。もっとゆっくりの電磁波なら氷も加熱できる。(逆に氷用の電磁波だと遅すぎて水は加熱できない。)
　・水や氷はなんで電磁波で加熱できるの？　→　水分子1個を見ると、電気がプラスになっている部分とマイナスになっている部分がある。水とは水分子の集まりであり電気的な性質を持っていて、電磁波を吸収する。

ということなようです。たぶん。おそらく。


下記のリンク先によると、電子レンジよりももっと低い周波数なら氷も加熱できるとのことでした。
(すみません。具体的に何Hzなら氷を加熱できるのかは、私には知識が無いので分かりません。)
(あと内容がちょっと難しいので、私もきちんと理解してはいません。すみません。)
http://www.cm.kj.yamagata-u.ac.jp/atom11archive/ …

固有振動数は関係無いようです。
電子レンジの2.45GHzというのは、「国際電気通信連合憲章に規定する無線通信規則」で指定された値だそうです。(Wikipediaの「ISMバンド」より。)
つまり人間の都合であって、水の物理的性質から導かれた値ではないようです。(吸収できるという意味では物理的に適切な値ですが。)
水の固有振動数2.45GHzというのを導き出す計算式や何かは特に無いと思います。

「共鳴」と言ってしまうと、音叉の固有振動数のように、水にぴったりの周波数として2.45GHzにしたように思えますが、そうではないようです。
実際、0.915GHz(915MHz)の電子レンジだと、2.45GHzの半分以下です。


(質問とはあんまり関係無いのですが。プレビューからpdfファイルで読めます。)
・電子レンジの加熱原理に関する誤解
http://ci.nii.ac.jp/naid/110007490405

No.3 回答者： trajaa 回答日時： 2013/04/06 22:12

氷の場合、分子運動がしにくい状態になっているから

幾ら電磁波で応援しても、分子が動けない－＞発熱しない－＞融けない－＞氷のまま－＞振り出しに戻る
って感じ

一旦融け始めれば進むけど

No.2 回答者： airhead-no1 回答日時： 2013/04/06 22:05

http://www.eneene.com/omoshiro/46ice/

No.1 回答者： maiko0318 回答日時： 2013/04/06 22:03

氷は温めると溶けます。

電子レンジはガスコンロのように温めてはいないですね。

強力な電磁波で水分子を運動させているのです。
氷の水分子には働かないのですね。φ(.. )メモシテオコウ