スープに息をふきかけると冷めるのは何故？

Question

おはようございます。

原子の動きを考えた方面からの説明で、
液体からでていく分子＞液体に外から入っていく分子
であるから液体は冷めるとありました。

液体からでていく分子＞液体に外から入っていく分子
このときに液体が冷めるわけは説明を読んでわかったのですが、
なぜ息をふきかけると、　
液体からでていく分子-液体に外から入っていく分子
の差が、息を吹きかけない場合と比べて大きくなるのかがわかりません。

よろしくお願いします。

noname#11476 · Accepted Answer

２つの効果があります。

１．温度差
スープに接している空気はスープにより温められます。
そうするとスープと近傍の空気の温度差は小さくなりますので、熱の移動が緩やかになります。
風を送ると暖められた空気はすぐに飛ばされるので温度差を確保できます。

２．気化熱
実はこの効果が非常に大きいです。
まず液体は気体になるときに液体の熱を奪います。これを気化熱といいます。
したがってスープを沢山気化させれば温度も早く下がります。

この気化する量は空気の温度と元々空気が含んでいる水分量で変わります。
特にスープに接している空気の湿度が高い場合は気化する量は少なくなり、湿度が低いと気化する量は多くなります。
温度が同じでも湿度の高いときと低いときでは湿度が低いときの方が肌が乾燥してあまり暑さを感じないのも、汗が気化する量が多くなるから肌の熱をよく奪ってくれるためなのです。

さて、スープに接している空気があまり動かない場合は、始めは湿度が低くてもだんだん気化した水分により湿度は上昇し、気化する量が少なくなります。そこで風を送ることでたえず湿度の低い空気を送ることで気化する量を多くすることで、温度はより下がりやすくなるのです。

従いまして、もしスープと同じ温度かそれよりも高い温度でかつ湿度１００％の空気を送り込んだ場合は、それによる温度の低下は起こりません。

では。

yuubou · Answer

#7,#8の焼き直しです。

つまり「液体から出て行く分子は、熱エネルギーをたくさん蓄えている」
「液体に戻る分子は、熱エネルギーを失っている」
と言うことが基本なんですが…

言葉で説明すると、面倒なので、箇条書きにしてみました。

１．液体中の分子は、熱エネルギーにより振動している

２．周りから受けた熱エネルギーに比例して振動の大きさが変化する

３．受けた熱エネルギーが大きいほど、振動は高まる

４．周りから、限度を超える熱エネルギーを受けると、空中に飛び出す

５．空中に飛び出した後、振動を熱に変えて、360度四方に放散する

６．ここで、ある分子は、熱エネルギーを放散しきって、液体の中に戻る。
　　これを繰り返して、液体（スープ）は徐々に冷めていく

７．しかし、熱エネルギーを充分に蓄えて、液面から空中に飛び出した
　　分子に息を吹きかける（外乱）と、熱エネルギーを持った分子は吹き飛ばされ
　　液面に戻る熱エネルギーは減少してスープが冷める速度が増す


という説明ではどうでしょうか？

38endoh · Answer

スープ直上の空気は，スープによって熱せられており，約８０℃になっています。よって，外から液体に入っていく分子に必要なエネルギーは，気化熱分だけです。

スープに息を吹きかけると，スープ直上の空気の温度は，息の温度（例えば４０度）まで下がってしまいます。このとき，外から液体に入っていく分子に必要なエネルギーは，気化熱＋温度差（４０度分）となります。

後者のほうが，凝集により多くのエネルギーが必要ですよね？　分子のエネルギー分布は，高エネルギーなものほど少なくなっていきますから，

> 液体からでていく分子-液体に外から入っていく分子の差が、息を吹きかけない場合と比べて大きくなる

ということになります。

yuubou · Answer

＃７です。

ちょっと酔っぱらっていたせいか、回答がそれてしまいました。（ゴメンなさい）

改めて、説明させて頂きます。

物質を構成する分子は、熱エネルギーによって絶えず振動しています。

大きな熱エネルギーを吸収した分子は、ますます活発に振動し
逆に熱エネルギーを奪われると、振動が減少し、寡黙になります。

つまり、分子間では、常に熱エネルギーの吸収と放出が行われている訳です。

このような環境で、偶然に周りの分子達から同時に熱エネルギーを受けてしまった
ある分子は、一挙に振動が高まり、液体の外に飛び出してしまいます。

しかし、飛び出した分子は、振動という方法で、そのエネルギーを熱にして
放散します。

★ここから後は、＃７の回答をご覧下さい。

yuubou · Answer

私は物理学の専門家ではありませんが（と言うより、全くのど素人ですが）納得のいくように
説明出来るよう、努力してみます。

まず、エネルギーは落差があると、それを均一にする方向に働きます。
（熱エネルギーも同じです）

ご質問のケースを、スープの表面と、その直上にある空気の層で説明してみます。

スープの温度が高いので、水分が蒸発しますが、この時、気化熱をスープから奪います。

蒸発した水分（水蒸気）は、今度は温度の低い外気にさらされて水滴（蒸気の粒）に
なるのですが、この時は凝縮熱を発散します。

この凝縮熱は、赤外線として空中に放散される物もありますが、スープの中に
逆戻りしてしまう物もあります。

しかし、ここで息を吹きかけて、スープの上にある空気を取り除いてしまうと
もはやスープの中に逆戻りする熱源はありません。

従って、スープの熱は外気に放出されるスピードが加速されて冷めるという訳です。

つまり、凝縮熱がスープの中に戻るという条件を取り除いてしまったため
息を吹きかけるとスープが冷めるという訳です。

私なりの知識で説明してみましたが、いかがでしょうか？

tosiki · Answer

太陽で地球が暖められる力は、
直射、輻射、伝導の３個です。

恐らく空気にスープの熱が伝導してスープの熱エネルギーが減少するのでしょう。

空気を吹くとスープ原子にぶつかります。（入ってくる空気原子）
今まで液体にくっついていた空気原子は押し出され、
移動します。（出て行く原子）

何もしなくても対流で同じ事が起きます。（息を吹きかけた場合よりはるかに小さいですね。＾＾）

直接熱交換しなくても熱は伝導されますから、
原子レベルでみた理論なのでしょう。

noname#24350 · Answer

スープに息を吹きかけると、スープの表面の伝導で温められた空気を吹き飛ばすことによっても冷めるスピードが速まりますが、水の気化熱を利用している効果も大きいと思います。水分を気化させる為には風を送った方が効率的です。風がなければなかなか気化しません。だからスープを吹くと温度が下がるのです。
　熱の伝導だけでは説明がつかない事があります。例えば30度の水温で、30度の気温の時、扇風機等で風を送っても熱の伝導はありせんから、全く水温は下がらないはずです。実際は乾湿度計の濡れた温度計のように下がりますから、水の気化熱によってもスープの温度が下がるのです。

Mizyu · Answer

違う温度のものを二つくっつけたとき、温度を均一化しようとする作用が働き、
温度のエネルギー（この場合、温度のエネルギーを持った「分子」と言ったほうがいいですね。）が
低い温度のものから高い温度のものへ移動します。
温度差が高いほど、その移動する量が多いと考えてください。

息を吹きかけない場合、スープから高い温度エネルギーを持った分子が出てきて
スープの周囲の空気の温度があがります。
そうすると、スープと周囲の空気の温度差が少なくなり、移動する量が減ります。
そうなると冷める速度が遅くなるわけです。
息を吹きかけた場合、高い温度エネルギーをもったスープの周囲の空気が
吹き飛ばされて、常温の新しい空気と入れ替わります。
息を吹きかけることで、スープの周囲の空気を常温にし、スープとの温度差が縮まらないようにすることによって
冷める速度を保ちつづけます。

こんな説明でよろしいでしょうか？

noname#25358 · Answer

たとえば８０度のスープ中には、８０度の原子だけがあるわけではありません。
　０度から１００度までの原子が散在していて、「中でも８０度の原子が一番数が多い」状態がいわゆる「８０度の状態」です。

　１００度の熱を持った原子は、自然環境にあるかぎり絶対に存在しており、１００度に達した原子から順にスープから逃げ出してしまいます。
　このとき、スープの中では９９度の原子が水面に浮かんでおり、蒸発可能になるのを今か今かと待ちわびています。

　ゆえに、これを息で吹き飛ばしてしまうと、出て行く分子の数の方が、入ってくる分子の数を上回ってしまうというわけです。

ADEMU · Answer

液体からでていく分子のスピードを早めれば早く温度が下がると考えてはいかがでしょうか？

スープに息をふきかけると冷めるのは何故？

２つの効果があります。

#7,#8の焼き直しです。

スープ直上の空気は，スープによって熱せられており，約８０℃になっています。

＃７です。

私は物理学の専門家ではありませんが（と言うより、全くのど素人ですが）納得のいくように

太陽で地球が暖められる力は、

スープに息を吹きかけると、スープの表面の伝導で温められた空気を吹き飛ばすことによっても冷めるスピードが速まりますが、水の気化熱を利用している効果も大きいと思います。

違う温度のものを二つくっつけたとき、温度を均一化しようとする作用が働き、

たとえば８０度のスープ中には、８０度の原子だけがあるわけではありません。

液体からでていく分子のスピードを早めれば早く温度が下がると考えてはいかがでしょうか？

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　スープに息を吹きかけると、スープの表面の伝導で温められた空気を吹き飛ばすことによっても冷めるスピードが速まりますが、水の気化熱を利用している効果も大きいと思います。

　たとえば８０度のスープ中には、８０度の原子だけがあるわけではありません。