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0度の氷を溶かすには80cal/1ccのエネルギーが必要といわれています。
1ccの氷を電気エネルギーを加えて溶かす場合の電力量は、加熱損失を無視すれば、
80cal→336J→0.093Wh(単なる単位換算)
と計算できます。
加えた電気エネルギーは溶けた水が保有していることになります。

逆に水を凍らせる場合、同様に 0度1ccの水→氷0度、
80calの熱を奪えば良いとされていますが、
これを「電気で80calの熱を奪う場合の電気エネルギー」としてはどのように考えれば良いのでしょうか。
エネルギーを奪うために加えたエネルギーと奪ったエネルギーの行方も教えてください。

背景
製氷の電力量がこの「80cal」に関連付けられれば、「氷の保冷」時間とその電力量にも(氷の比熱で)適用できるだろう、ということからです。とりあえずは原理的な知識として、設備等の効率は無視。
そんな単純なものではないのでしょうか。

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A 回答 (3件)

Q1,Q2とも、その通りでよいと思います。


ただ、氷蓄熱冷房では、氷は0℃の水混じりのザラメ雪状態にすることが多いようです。そのほうがパイプで輸送するのに便利ですから。
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この回答へのお礼

適切なご回答をありがとうございました。
この問題を扱うのが久しぶりだったので、熱交換器とかCOPという評価尺度の存在をすっかり忘れていました。

お礼日時:2014/07/04 22:28

すみません、前の回答のリンクを間違えていました。


http://www.meltec.co.jp/museum/ice/

なお、効率だけを考えれば、氷蓄熱冷房より普通にエアコン(COP=4~6)を使ったほうがよいです。
氷蓄熱暖房は、深夜電力を使うのと、夜は外気が冷たいので移動する熱量が少なくて済むという点が優れています。
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この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。

確認させてください。
Q1)
> 驚くべきことに今の冷蔵庫はCOP≒2になっています。
例えば、下記の考え方でよいでしょうか。
1ccの水0度→氷0度 エネルギー約0.1Whを奪うための電力は約0.05Wh(元質問計算値(逆現象)の半分)
氷0度1kg→-10度まで冷やす電力は、2.9Wh
  …氷の比熱0.5cal/g×1kg×10deg=5,000cal→5.8Wh これの半分
 
Q2)
> 驚くべきことに今の冷蔵庫はCOP≒2になっています。
> 氷蓄熱冷房より普通にエアコン(COP=4~6)を使ったほうがよいです。
この両者COPの違いは、外囲温度差(利用できる熱交換媒体差も含む)による効率が影響しているとの見方でよいのでしょうか?

####
何度も済みませんがよろしくお願いします。

お礼日時:2014/07/04 14:32

電気で「熱を与える」のは簡単ですが、「熱を奪う」ことはできません。

かわりに「熱を移動する」ことで問題を解決しています。ヒートポンプという装置を使います。冷蔵庫、エアコンもヒートポンプです。
ヒートポンプは必ず熱を捨てる部分があって、エアコンの屋外器、冷蔵庫背面の放熱板(今は直接見えないものが多いですが)から熱が出ていきます。

ヒートポンプの効率=1kWhの電力を使って移動できる熱量?kWhは、COPという数字でカタログに記載されていますが、驚くべきことに今の冷蔵庫はCOP≒2になっています。電気の仕事量の2倍の熱を移動できるのです。

ヒートポンプで氷を作って冷房に利用する装置はすでに「氷蓄熱冷房」と呼ばれて一般化しています。
http://www.meltec.co.jp/products/refri_aircon/re …
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Qある量の水を冷やすために必要な氷の量

私は、よく氷水を飲みますが、この前、コップの氷水の温度を計ると、
[ 氷を入れる前→25℃ 氷を入れた後→7℃ ]になりました。
コップの水くらいなら、冷蔵庫の小さい氷を何個か入れるだけで10℃以下まで冷えますが、
浴槽の水のように、水の量が比較的多い場合だと、
水温20℃以上の水を、氷を大量に入れることによって、水温10℃以下まで温度を下げるには、
いったい、どれくらいの氷が必要になるでしょうか。

これを知りたい理由は、私はミステリーの漫画を書いていまして、
漫画の中でトリックとして使用したいからです。
コンビニエンスストアで売っているブロックアイス(約2キログラム)を使用して冷やすとしたら、
ブロックアイスが何個くらい必要か知りたいのです。

先日、実験してみました。
浴槽に水を張って、ブロックアイス(約2キログラム)を8個入れましたが、
ほとんど水温は下がりませんでした。

以下は質問の要点です。

【一】

ある量の水を、氷水にするには、どれくらいの氷が必要になるでしょうか。
具体的に温度を言えば、
春・夏・秋の昼間の水温(20℃以上)を真冬の水温(10℃以下)にするっていうことです。
水の量をxとして、氷の量をyとしたら、xとyの関係は、だいたい、どうなりますか。
「 y=?x 」 みたいな比例の関係になりますか。
比例の関係になるとして、?は、どんな数字になりますか。
0.5くらい?

【二】

浴槽に張った水を、ブロックアイス(約2キログラム)を使用して冷やすとして、
次の3つの場合、氷の必要量は、どのくらいになりますか。
A 浴槽いっぱいに水を張った場合(200リットル)
B 浴槽の4分の3の量の水を張った場合(150リットル)
C 浴槽の半分の量の水を張った場合(100リットル)

【一】は水の量を指定せずに尋ねました。応用が効くようにしたいから。
【二】は水の量を指定して尋ねました。

よろしくお願いします。

私は、よく氷水を飲みますが、この前、コップの氷水の温度を計ると、
[ 氷を入れる前→25℃ 氷を入れた後→7℃ ]になりました。
コップの水くらいなら、冷蔵庫の小さい氷を何個か入れるだけで10℃以下まで冷えますが、
浴槽の水のように、水の量が比較的多い場合だと、
水温20℃以上の水を、氷を大量に入れることによって、水温10℃以下まで温度を下げるには、
いったい、どれくらいの氷が必要になるでしょうか。

これを知りたい理由は、私はミステリーの漫画を書いていまして、
漫画の中でトリックとして...続きを読む

Aベストアンサー

比熱をご存知ですか
それと融解熱

1gの水の温度を1℃上げる(下げる)熱量が1Calです

30℃の水150g と10℃の水100gを混ぜると 22℃の水 250gになります

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なお 数値は厳密ではありませんが、質問の範囲でしたら充分です
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Q1kcalは何kW?という質問

1kcalは何kWですか?
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お気づきの通り、単位が違います。
W(ワット)は仕事率の単位なので、これに時間を掛けたkWh(キロワット時)やkWS(キロワット秒)が仕事やエネルギーの単位です。
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1h(時間)=3600S(秒)です。
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Q水の過冷却時の凝固熱について

水を過冷却の状態のときに氷を入れて、凍らせると水が残ってしまいます。
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Aベストアンサー

水でも静かに冷却して行くと-4℃くらいまで氷結しないことがありますこれを過冷却(Super-cooling)状態と呼びます。ここに急激な振動、氷片や異物が混入すると瞬間的に氷結が起こり、その温度はただちに0℃に上昇します。
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参考URL:http://www.amco.co.jp/medical/products/Products/ika2/pro-osmet.html

Q水の熱量についての質問です

 高校1年の男子です。
100℃で10gの蒸気を0℃で10gの氷にするのに必要な熱量は?
 という問題なんですが、私の考えでは、
100℃の蒸気→100℃の水
  10÷540
100℃の水 → 0℃の水
  10×100
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  10÷80
の三つを足せばいいと思うんですが、間違えていました。
正しい計算の方法を教えて頂けませんか?

 

Aベストアンサー

ここでの 熱量の単位は Joul でなく cal ですね。

1cal はもともと、1gの水を1℃上昇させるのに必要な熱量です。
これを、1g1℃あたり 1calの熱と言いますが、言葉では長たらしいので、式では、1cal/g/℃ と書きます。
で、お答えの真ん中の、

100℃の水 → 0℃の水
  10×100

は、冷やす(熱を奪う)ので、負号が付いて正解は -1000 cal となり、符号を無視して数字だけ見れば計算は合っています。

念のため単位を付けて丁寧に計算すると、
10g×100℃×1cal/g/℃=1000 cal ・・・(1)
冷やすから、 -1000 cal (100℃の水 → 0℃の水の答)
です。
(寄り道ですが 1cal/g/℃ は液体の水の比熱で、比熱は物質ごとに固有の値=物性値=です。)

■大事な点は、単位は単位だけで計算し、数字は数字だけで計算し、どちらも「左辺=右辺」でなければならないこと。■

[単位だけ] g×℃×(cal/g/℃)=cal →OK 合ってる、!!
[数字だけ] 10×100×1=1000 →単位が合ったからこの計算でよい、OK

---------------
お答えの最初の
100℃の蒸気→100℃の水
  10÷540
は、(100℃での) 1gの水蒸気が1gの液体になる熱量を求めているのですが、
単位だけ計算した結果が、上と同じく 「cal」 になるように計算式を立てねばなりません。

蒸発熱(=凝縮熱)540cal/g が与えられているとき、単位まで書くと
  10g÷540cal/g =0.0185 cal

[単位だけ] g÷(cal/g)=g×(g/cal)=g^2/cal・・・左辺は calにならない!間違い!
[数字だけ] 10÷540=0.0185・・・単位が合わなかったのだから、この計算もやり方が間違っている!!!

熱量を求めているのに、熱量あたりの質量の二乗なんて、訳判らんものを求めてしまいました。
単位だけの結果が g^2/cal ではなく cal になるよう、式を立て直してください。

-----------------------
ついでに
>ということは、100℃で10gの蒸気を0℃で10gの氷にするのに必要な熱量は
>0℃で10gの氷を100℃で10gの蒸気にする熱量と変わらないってことですよね。
について。

0℃の氷1gに80calの熱を与えて0℃の水1gができます。

0℃の水1gに更に「80calの熱を与えたら」80℃のお湯になっちゃいます。

0℃の水1gを0℃の氷1gにするには、「マイナス80calの熱を与える」必要があります。
要するに、(100℃の蒸気までの)昇温に必要だったのと同じ量だけ熱を奪えば、最初の状態(0℃の氷)に戻る、ということ。
3つとも頭にマイナスをつけてから合計して下さい。

ここでの 熱量の単位は Joul でなく cal ですね。

1cal はもともと、1gの水を1℃上昇させるのに必要な熱量です。
これを、1g1℃あたり 1calの熱と言いますが、言葉では長たらしいので、式では、1cal/g/℃ と書きます。
で、お答えの真ん中の、

100℃の水 → 0℃の水
  10×100

は、冷やす(熱を奪う)ので、負号が付いて正解は -1000 cal となり、符号を無視して数字だけ見れば計算は合っています。

念のため単位を付けて丁寧に計算すると、
10g×100℃×1cal/g/℃=1000 cal ・・・(1)...続きを読む

Q化学の銅と塩酸の反応についてです

一般的には銅はイオン化傾向が小さく、希塩酸と反応して水素は発生しない。といわれていますよね。

ある質問で、塩酸濃度の違いによっては銅と反応して水素ができる。と意見があったのですが、詳しい方、どうか教えてください。

ネットなどで見る限り、わずかに反応はするものの水素が発生することはないようなのですが…

Aベストアンサー

CuO+2HCl→CuCl₂+H₂O
水素はできません。
 また、塩酸に過酸化水素水を少し入れると溶けます。

銅の表面には空気中の酸素と徐々に反応して酸化銅の皮膜が形成されますので、古い十円玉を塩酸につけると緑色の銅イオンが確認できます。


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