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2010-06-30[n年前へ]

水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!? 第6回  share on Tumblr 

 「続々 水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!?」で、水で満たされている風船を炎で炙(あぶ)ってみる実験をしました。実験をしたのは、そこに至るまでの長い(といっても短い時間でしたが)の盛り上がりがあって伝熱シミュレーション計算や解析計算など、予想大会がなされてきたからです。

 今日は、水が入った風船を炎で熱した時に、風船の底近くの水温度変化を計測した猛者が現れました。(シミュレーション計算の専門家なので)伝熱シミュレーション計算もした上で、今回は、さらに自ら実験もしてみたというカッコ良さです。こういった、口だけでなく実際に何かを提供する人のカッコ良さにはいつも憧れてしまいます。

 その(風呂に入りながら行われたという)実験結果を示したグラフが下に示したものになります。グラフの横軸は、炎で熱し始めてからの時間(秒)で、縦軸は風船の底近くの水温度(℃)になります。数値だけ見ると、「大体こんなものだろう」と思える温度変化になっています。前回の伝熱シミュレーション計算結果と結果が異なっているのは、前のシミュレーション計算では対流の影響を考慮していないことなどが大きな原因かもしれません。

 ところで、この実験をした後の風船を眺めてみると、「水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!? 第4回」と同じようなススの付き方になっています。面白いものです。ちなみに、実験条件に関する情報としては「外気温は約30℃、加熱源はライターで、途中からゴムが焦げる臭いがしていた、風船は(株)タイガーゴム製(世界初、新素材天然ゴムにより、ゴムの材質が非常によくなりましたとの記述あり)」ということです。

水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!? 第6回水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!? 第6回水風船をライターの炎であぶると何が起こるか考える!? 第6回






2016-03-12[n年前へ]

掛け布団と毛布…上下の順番を決める「暖かく寝るための法則」  share on Tumblr 

ベッドルームで熱伝導を考える!?

 冬の寒い夜、「掛け布団と毛布、一体そのどちらを上にすると暖かく寝ることができるのか?」という疑問をよく耳にします。そして、その疑問に続いて「実は、掛け布団の毛布が上の方が暖かい」という答えがあったりすると、少し意外に感じたりします。…そこで、今日は「掛け布団と毛布の上下順番は、一体どう決めれば良いのか」を考えてみることにしましょう。

 まず、話を単純にするために、「暖かさ」を「温度」だけで考えることにします。たとえば、体から放出された汗により感じる「蒸し暑さ」や「冷え」は無視することにします。つまり、掛け布団や毛布と外気と体の間の熱移動(熱伝導)問題を考えて、暖かく寝るための「最適な順番」を考えることにします。また、これも単純のために、毛布や空気を体に掛けたとき、その一番外側は外気の温度になっている…ということにします。また、「布団に入った時の”暖かさ”は、寝入るまでの短期的なものなので、布団に入った直後からの短期的な熱量の流れに着目する(=それを寝入りしなの暖かさ定義と考える)」ということにしましょう。

 熱の移動(伝導)を表す熱伝導方程式を単純に言葉で表すと、「移動する熱量は、温度差に熱伝導率を掛けたものに等しい」「移動した熱量を比熱で割った分だけ、温度が上がる(もしくは下がる)」ということになります。

 たとえば、体に掛け布団を掛けた場合には、掛け布団の中を移動していく熱量は(掛け布団を挟む両端である)外気と体温の温度差に掛け布団の熱伝導率を掛けたものになります。これを言い換えると、体を包むものの熱伝導率が大きいと体から急激に多量の熱が奪われるし、熱伝導率が小さければ奪われる熱量は比較的(時間毎には)少ない、ということになります。…どういうことかというと、「体と触れるような側には、熱伝導率が低いものがあった方が暖かく感じる(急激に熱を奪われて寒く感じたりすることがない)」ということです。

 そしてまた、体から奪われた熱は体を包む掛け布団や毛布を温め、最期には体の周りはほぼ体温近くまで温度が高くなり、外気に近い方は(外気より少し暖かい程度の)温度になりますが、その温度にするために必要な熱量は比熱に比例します。すると、体に近い側=温度を高く上げないといけない側の比熱が高いと、体の周りのものを(外気の温度から)そこまで温度を高めるために必要な熱量が大きくなってしまいます。…言い換えれば「体の近くには比熱が小さいものがあった方が、奪われる熱量は小さくなりやすい」ということになります。

 つまり、掛け布団と毛布のどちらが上下にあると暖かいか、そのどちらが体に近い側(もしくは遠い側)にあると良いかというと…熱伝導率が低く・比熱が小さなものが体に近い側(下側)にあれば暖かい、ということになります。そこで、さまざまな掛け毛布や毛布に関して、熱伝導率と比熱を比較してみると、まずダントツに熱伝導率も低く・比熱も小さいのが「羽毛掛け布団」です。つまり、羽毛掛け布団を使っているなら、まず体の周りには羽毛掛け毛布を掛けて、その周りを毛布で覆った方が暖かく(寒くなく)感じることになります。また、羊毛掛け布団も(羽毛ほどではありませんが)比較的熱伝導率が低く・比熱も小さいので、(熱伝導率が高い)アクリル繊維の毛布を使っていたりしたならば、羊毛掛け布団の方を下(体に近い側)にした方が暖かくなります。

 ところが、たとえば、綿掛け布団と羊毛毛布の組み合わせでは、比熱は同じ程度ですが、羊毛毛布の方が熱伝導率が小さくなります。つまり、体近くには綿掛け布団ではなくて羊毛毛布の方を配置した方が暖かく感じることになります。そして、綿掛け布団とアクリル繊維製の毛布の組み合わせだと、微妙ですが綿掛け布団の方を下(体に近い側)にした方が寒くない関係になります。

 というわけで、掛け布団と毛布…上下の順番を決めるのは「熱伝導率と比熱が小さいものを下(体に近い方)にする」で、自分が使っている掛け布団と毛布の材質によって、その最適順番は変わる…というのが今日の「暖かく寝るための法則」です。

掛け布団と毛布…上下の順番を決める「暖かく寝るための法則」ベッドルームで熱伝導を考える!?   share on Tumblr 

 掛け布団と毛布…上下の順番を決める「暖かく寝るための法則」ベッドルームで熱伝導を考える!?を書いた。

 冬の寒い夜、「掛け布団と毛布、一体そのどちらを上にすると暖かく寝ることができるのか?」という疑問をよく耳にします。そして、その疑問に続いて「実は、掛け布団の毛布が上の方が暖かい」という答えがあったりすると、少し意外に感じたりします。…そこで、今日は「掛け布団と毛布の上下順番は、一体どう決めれば良いのか」を考えてみることにしましょう。



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