2016-03-27[n年前へ]
■「氷と食塩で冷やすアイス作り実験」と「華氏や摂氏の定義」 
花見に行った先で「（こども向けの）アイスを作る実験」をやっていて、それをとても楽しく興味深く眺めた。「面白かった」一番の理由は、その実験過程を説明するには、どう考えたら良いのだろう？」と考える過程が何より面白かった。
実験自体は単純で、「ビニール袋に氷と食塩を入れて、そこにビニール袋に入れた牛乳とかアイスの材料を入れて、振ると、アイスができる」というものだった。問題は「塩を入れることがなぜ効果的で必要か」ということだ。TV番組の解説なら、「凝固点降下で温度が下がるから」といった答えが用意されるのだろう。しかし…それはもちろん正解なのだろうけど、それで納得できるのは、「ものわかりが良くて”頭が良い”人」だけに違いない。
冷凍庫から出した氷はだいたいー１８度〜−２０度くらい。少し暖まった状態で、−１５度くらいというのが普通だろう（実際に冷蔵庫から出した氷の温度を計ってみると−１９度だった）。そんな氷に塩化ナトリウムを濃度を高く振りかけたとしても、（溶液の）到達温度はせいぜい−２０度強程度…つまり、”氷と水と塩で到達可能な最低温度”という歴史的定義の、ほぼ０ファーレンハイト（華氏）な温度にしかならないだろう（おっと、この問題には温度の定義の歴史まで登場したぞ）。…すると、熱伝導的には−２０度弱の氷が−２０度強になったところで、アイスの材料を「冷やす効率」に関しては何の違いも生まれそうにない。そこで、もう少し、生じそうな現象を追いかけて想像して・考えてみる。
まず、必要事項としてありそうなことは「アイスの材料を包むビニール袋の周りにあるのが固体の氷だけだと、ビニール袋の周りに必ず空隙ができてしまい、空気を介しては、（空気の比熱や熱伝導率を踏まえると）熱伝導率的に圧倒的に冷却効率が悪い」ということだ。それに、氷の比熱とアイス原材料の比熱を考えると、アイス原材料のそれの方が２倍程度大きい程度だろう。そして、それらの温度が（単純のために）それぞれ−２０度と２０度くらいとすると、そして体積というか重量がおそらく同じ程度だとすると、「氷は必ず溶けざるを得ない」ということになる。さらに、これらから「アイスの周りは氷が溶けた液体が（熱伝導の効率的には）いるべきだし＆ある時点からは（熱エネルギー的に）必ずいる」ということになる。
すると、この時点でようやく、ビニールの周りの温度が（氷が溶けつつある水の温度である）摂氏ゼロ度の水か（塩と氷と水が作り出す最低温度である）華氏ゼロ度の食塩水と…そのどちらである方が熱伝導的に好ましいか？という話になりそうだ。すると、当然のごとく、食塩を入れることがアイス実験的に必要だ」ということになる。
こども向け実験ってあまり見る機会が無いから面白かったけど、…もしも（こども向けでなくて）大人向けのアイス作り実験とかあったなら、一体どんな内容になるんだろうか。
」など。