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寒くなると車のボディや窓に水滴がつく原理についてです。


最近寒くなり、夜になると車のボディか窓ガラスに水滴がつくようになりました。
その水滴がつく原理については一般の人程度には理解しているつもりです。

夜になり車のボディの温度が下がり、そこへある程湿った大気がやってくる。
冷たいボディに空気が触れて水滴がつく。

しかし、よくよく考えると疑問がどんどん湧いてきてしまいます。


もし冷えたボディより、大気が移動してやってきた空気の温度が低い場合、ボディに水滴はつかないのでしょうか?

また、無風状態で、ボディと周りの空気の気温が常に同じでゆっくり低下してる場合も水滴はつかないのでしょうか。

何がどうなって水滴がつくのか、その条件がはっきりしてるなら、知りたいです。

詳しい方、よろしくお願いします。

A 回答 (7件)

こんにちは。


最近はいろいろな解説の入手手段もあり、既に質問者さんも概ねご理解のようですね。さらに、みなさんからの回答もありましたのでさらにご理解かもしれませんが次のような回答ではいかがでしょう。
私からの回答として、「ポイントとしては質問者さんがご理解のとおり」申し上げておきましょう。

〇 車のボディに露がつくのは、空気の温度より車体の温度が低いための結露。
(車体の温度が空気の温度より低いのは放射冷却(金属板からの赤外線放出での冷却)によるもの。)

〇 したがって、「冷えたボディより、大気が移動してやってきた空気の温度が低い場合、ボディに水滴はつかないのでしょうか」は、「そのとおり」でしょう。
実際、金属板を内蔵ヒータなどでわずかに暖めて空気と金属板を同じ温度にすると水滴がつかなくなるほか、金属板の周りに鏡や白いシートを置いて、放射される赤外線を跳ね返して戻してあげる(空気の流れをさえぎらないように隙間だらけでも良い)ことでも金属板の温度は大気の温度に近くなって、てきめんに結露しくくなります。
また、いくら金属板が冷えていても、やってきた空気がさらに冷たいならば、既に水蒸気は少なくなってしまっているので、結露はしません。(実は例外もありますので、後述)

〇「無風状態で、ボディと周りの空気の気温が常に同じでゆっくり低下してる場合も水滴はつかないのでしょうか」も、「まあ、そのとおり」でしょう。
金属板が放射冷却している前提である以上、金属板によって冷やされる空気は必ず金属板より高い温度になってしまい、結露は避けられないことになりますが、何らかの方法で空気の温度を迅速に追従させたなら、結露はしないといえるでしょう。

〇 ということで、原則として「金属板と大気が同じ温度ならば結露しない」のですが、ただし、例外はあります。それが、「過冷却」や「過飽和水蒸気」などと呼ばれる状況です。
前出の説明はあくまでも「大気が冷えた場合は、保持している水蒸気の量がバランスして減っている」場合。
実際には、大気が静かな状態でゆっくり冷えた場合等には、とっくに液体になるべき過剰な水蒸気が気体のまま維持され、何かのきっかけ(固体に接触した場合や振動が与えられた場合など)で一気に液体になり、結露する場合があります。
この場合には、金属板が大気と同じ温度の場合ばかりでなく多少高い温度でも結露が生じることもあり、車の結露でも意外にこの場面も少なくないようです。

さてさて、いかがでしょうか。お役に立てば幸いです。
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既に正しい回答がありますが、キーワードは放射冷却。


昼間の直射日光の逆の現象と考えると理解しやすいです。

昼間に直射日光が当たると、物は暖められる。
土よりも、自動車の金属やアスファルトなどはより温まる。
日陰に入ると、温まりにくくなる。

地球も太陽と同じように熱を放出しているが、
昼間は太陽光によって暖められる熱量の方が多いので、
熱の収支としては、夜明け前より暖かくなる。

夜間は、地球から熱が放出されて、冷えていく。
ここで、雲などが無ければより熱が放出される。
これが、放射冷却。
昼間の雲が無い晴天の方が、より温まるのと同じ。

昼間の直射日光で、車が熱くなるのと逆に、
放射冷却では、車は良く冷える。
なので、車には結露が付きやすくなる。
(夜になると付きやすくなるので、夜露とも言われる)

>もし冷えたボディより、大気が移動してやってきた空気の温度が低い場合、ボディに水滴はつかないのでしょうか?

理屈ではそうですが、車の温度は、周囲の空気よりも
10℃以上も下がるので、天候が急変して、いきなり
気温が10℃以上も下がるようにならないと、スレ主さんが言われる
「水滴が付かない」現象にはならない。

>何がどうなって水滴がつくのか、その条件がはっきりしてるなら、知りたいです。

放射冷却によって、自動車の温度が下がって、結露する。
なので、カーポートなどの屋根(昼間に直射日光が当たらない)を付けるか
 放射冷却でも自動車の温度が下がりにくくする
結露しない湿度の天候などの時などです。
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車のボディや窓に水滴がつく(結露する、夜露にぬれる)のは放射冷却があるためです。



車でも人間でも温度をもつすべての物質は、そこからはエネルギー(電磁波、おもに赤外線)が放射(輻射)され、熱が宇宙に逃げて行くんです。昼間は太陽などから受ける熱のほうが圧倒的に多いため、冷えません。ところが夜になり太陽からの熱(日光)が来なくなると、放射によって逃げる熱のほうが多くなります(つまり冷えてきます)。
ただし、雲があると赤外線は雲によって吸収されますので、云わば雲が断熱効果を出してほとんど冷えません。放射冷却が進むのは夜空が晴れている場合です。

こうして車のボディや窓が放射冷却されると、その温度は空気の温度(気温)よりも下がります。風があると対流という効果で熱が空気によく伝わる(気温より冷えにくい)ので、それほど下がりません。

車のボディや窓が冷えるとその周りの空気も冷やされ、露点温度よりも温度が下がると空気に溶け込んでいる水分が十分に溶け込めなくなり、余った水分は物体にくっついて水滴となって現れます。冷えた缶ビールに水滴がつくのと同じ原理です。

たとえば湿度が70%のときは、放射冷却によって車のボディや窓の温度が気温よりも5℃下がると、結露が始まります。湿度が80%なら3℃冷えれば結露します。
車のボディや窓に水滴がつかないようにしたければ、放射冷却の邪魔をすればOKです。つまり上に何かを被せる(カバーをする)わけです。ごく簡単なカバーでいけます。

なお、寒くなると…水滴がつくとは限らず、夏でも結露はしますよ。私は一晩中、星の撮影をすることがあり、夏でも夜空がよく晴れて湿気が高い場所ではカメラや三脚がびしょ濡れになることがあります。
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冷たいボディと言うのは間違いだと思います。


熱は地上から空に向かって放射されています。それを遮る車があると車は温められます。
暖められた車に霜が降りてくると溶かされ水滴になるとするのが妥当です。
車は気温より低い温度になっているわけではないので結露ではなく霜が溶かされたとできます。
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車の場合は結露ではなく、露が降りてくるのです。


空気が冷えて空中で水滴になって落ちてくる。
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ガラスに段ボールおいといくてたぬれへんで

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