読者投稿 ~ ねつのはなし ~
1/21
,....-―.、
{::i~二i:::|--n- 、
,!:j´-‐:!::廴.!l:::.. 丶
/ ,.ィ::∩i‐-::、::`ヽ::::...ヽ 今回は、ちょっと真面目な投稿になります。
/ /:::|::i! |:l:::::::::::ヽ:::::ヽィ⌒゙j
' :i:::::::::|::i! |::!:::::::::::::‘,:::∨¨(,.、 お題の通り、熱の工学的な話になります。
j l::::::::::|::i! |::l:::::::::::::::::〉:::/:://ュハ
i! :|:::::::::::!:i! l:::l:::::::::::;ィ{/(:::{({i二!} それでは、短い時間、お付き合いのほどを。
j ト∧:::::::::l::i! l:::l::::::://ヽ:::::ハ;Ⅶァノ
| {//i'\::::l::i! l:::l/////}::::∧ゞ¨
乂 ∧'//ヽl::i! l:::l/////j::::/ヽ='′
ヽ∧///l::i! l:::l'///:::/:;::':j!i¨ ‐-、
{::::ヽ//l:i! l:::l'/::::/;:'::ノ::i!..::.... `i-、
/´.>x\!::!j::ノ'/:;::'/::::::i!:::::::::::: i::::i!`ヽ、
r‐'゙ .:::::i!:::\>--.':::::{/:::::::::/i!::::::::::: i::::i!::::....i }¨)
/i! i .:::::::::i!ヽ:::::::::ー-‐::'::::::::_;x<::i! ::::::::::i:::i!::::::::j!:i!::i!`ヽ、
,r'i ..i!::i:::::::::::i!:::::`ー-::::::::::_;x<:::::::::::i! :::::::ノ::j!:/ヽ/::i!::i!:..`.ー _¨ - 、
/i! l.::::i!::i:::::::::::i!、:::::::::::::"¨¨::::::::::::::/::i! r'゙::∠i{o:_:o:::ノ::i!::::::::::::::/:.ヽ:..'.
//i!:l::::::i!::i :::::/:::::`::-:=:-‐_…_T¨´::::::;i! {:::/ニ==<ハ::::,:′:::::::::/::::::::∨:、
r'゙r'゙:::::::i!:{>-<゙ ノ|\::::::∠Y゙yく,n ヽ:::::/i! ::j!.\/ヽヽノ:::::::::::::/::::::::::/::::.
}::ヽ 〉..\./}i:l |:::: `j l | | i }ヽ }"::::::;i! ::{!/.ヽ/.i}::::::::::::::j'::::::::::/::::::::..
j 〟\lヽ/.ヽ.jl:l |\:::::i l | | | l } !::/::i! :∧../..ヽン::::::/¨Y¨}::::::/::::i::::::::
,′::::::::゙:{!./.丶.ノ,′..|::∨::}、rj {.} lj i/. l´::/i! ::i弋==゙l:}:::::{_:/:::/::::/::::::|:::::::.
./ ..:::::::::::ゝ==彡/i::| |::,′j...}! ' ´l'j.... l/:::::i! ::|:::∧:::ij::∨::/::`:′/::::::::l:::::::::
iー==:::::::::::/i!:::i:::il::| |:;::::/....'、‐_二¨{...... l:::::/:i! ::!:::::∧:::::::∨::::::::::/::::::::::l:::::::::::
/-‐:::::::::::::::ノ:::i!:::l:::i!::| |j::/..........`¨. ̄.......... ∨:::i! ::|::::::::∧::ij::∨:::::/::::::::::ノ::::::::::::
.
_____┌─┐
2/21 , '´:i:i:i:i:i:| l⌒l|、、 今回お話しする"熱”ですが、通常の生活範囲で取り扱う熱の話になります。
/:i:i:i:i:i:i:,、<二二>、
/:i:i:i:i:i:i:i://:i:i:i:i:i:l} {l:i:i:i/, 温度が1000℃を超えるような条件や、-100℃などの極端な話は考慮しません。
ム /\/ (:i:i:i:i:i:i:l} {l:i:i:i:/,
丁{ 〃ヽヽハ:i:i:i:i:i:l} {l:i:i:i:i/, そこまで行くと、熱だけではなく、物体の条件もかなり影響しますので。
`Λ乂ノ ノ/`丶、l} {l:_:、'乂
}\/∥:i:i:i:i:∥∥:i:i:/ また、流体で冷える条件なども考えません。
r〉、:i:i:i圦:i:i:i:i∥∥:i:i:/
,、<乂厂 >\i∥∥i/ あくまで、"熱”のみの取り扱いとなります。
r'´.:.:.:.:.:.:.:.\─ ̄ >‐彡〕h、_
,、<\.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:\─  ̄ ‐{.:.:.:.∨〕h、
,、<.:.:.\\\.:.:.:.:.:.:.:.:.Λー‐>-、}.:.:.:.:.∨.:.:.:`ヽ
//.:.:.,、<.:.:\\\.:.:.:.:.:.:.:Λ.:{Ll_|_|ハ.:.:.:.:.八.:.:.:.:.Λ
i{.:}.:.:.:}.:.:.:.:.:.:.:.:.\\\.:.:.:.:.:.:Λ\ 从.:.:./乂j.:.:.:.:.:Λ 厂l __
i{.:{.:.:.:{.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.\乂)>‐-.:Λ 厂 Λ//r<.:.:.:.:.:.:.:.\ _,、-=/ ノ<「 ─┴┐
i{.:/ヽ.:.:.:.:.:.:.V.:.:.:.:.:.`¨¨/⌒ヽ〔ハ{ ', Λ.:.{i }.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.ヽ /ニニ/ r<  ̄ ̄)
ノ/(C.:/.:`ヽ.:.:.:.V:.:.:..:.:.:.:.:乂」ノ:〔.:] 人_Λ乂ノ.:.:.:./.:.:.:.:.:.:.Λ/ニニニV >'´ ̄)
{:/.:.:.:.:/.:.:.:.:.:.:.:.:.:.}:.:.:.:.:.:.:.:.:┬‐/\〕´.:.:.:.:.:.八⌒Y/.:.:.:/.:.:/ニニニニニ{ j>'´ ̄
rV.:.:.:.:./.:.:`ヽ:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:| 「.:.:.:.:.:.〕\__/.:[.:.:.:.:|.:..:./.:.:.:./|ニニニニ<八 /
/V.:.:.:.:/.:.:.:.:.:.:.∨:./:.:.:.:.:.:.:.:.:.:人「.:.:.:.:.:.].:.:.:.:.:.:.:.:.[.:.:.:.:|.:.:.:.:.:.:/.:.|ニニ/ニニニニ\匕_〕
叭.:{.:.:.:.:{.:.:.:.:.:.:.:.:.:∨.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.「.:.:.:.:.:.]\___/:[.:.:.:.:|.:.:.:.:/.:.:圦/ニニニニニニニi\/
.
_,,..、、、、、..,,_┌‐ 、
3/21 _ -=ニニニニニニ>辷-_゚,
/ニニニニニニニ// ̄`YΛ
/ニニ,、 ─<ニ/=/:i:i:i:i:i:i:i:iVΛ
〈ニ/ニニニニ∨_/:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:VΛ "熱"を工学的に考えた場合、一番問題となるのは、『イメージしにくい』ことが挙げられます。
ーΥγ/ ̄\ニV‘,i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i} {l
ー∨├──〉ニV‘,:i:i:i:i:i:i:i:i:i:{ }l 何しろ、基本的には見ることが出来ませんので。
∨乂__/ニニノ=,’‐- _i:i:i:i} 八
\──<_/i:i:i:i:i:i:i:i:i`// その結果、ちぐはぐな使われ方が結構存在します。
r‐:(ニ≫ー弌_|:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i://
_-┤.:.:\__乂ニ- _:i:i:i:i//-_
_√ニ√\___/>ニ=-{/=‐ニ=- _
_-ニ√ニ√\.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:. √ ̄ニ‐ニニニニニ=- _
_ -=ニニ√ニ√\.:.;rrrr、.:.:.:.:.:/√ニニ=‐ニニニニニニニニ=- _
/-=ニニ√ニ√.:.:.:.:〈八从厂 ̄.:.:√ニニ=‐ニニニニニニニj>'´ニ-_
{-=ニニ√ニ√.:.:.:.:.:.:}____/.:.:.:.:.:.:.:√ニニ=‐ニニニニニニj>'´ニニニニ-_
}-=ニニニ>ー( ̄ ‐ _.:.}.:.:.:.:.:.:.:.:.:.{ニニニ=‐ニニニニj>'´ニニニニニニ-_
ノ-=ニニ人( ̄ ‐- _ _>、.:.:.:.:.:.:.}_,,.、丶´ニニニ/ニニニニニニニニニ-_
{-=ニニ7Χ( ̄ ‐- _ / X \ー匕/ ̄ ̄\ニ{ニ,.' ´ニニニニニ-_
}-=ニニ{X X`¨>‐- _7 X \.:{ΧΧΧΧ}ノ/ニニニニニニニニ-_
ノ-=ニニ≧ー≦( ̄ _{ X Υ、_Χ Χ人{ニニニニニニニニニ-_
{-=/ニニ「 」ニ丁:i:i:i:\乂 j }`~、、儿、、、、ニニニニニ-_
Υ⌒ニニニ| |ニニ{\:i:i:i:i:i\`丶、/ j ``~、、ニニニニニ-
/-=ニニニニ\Λニ{:i:i‘,________>、厶 、イ ∨丶ニニニj>'´
{-=ニニニニニニ-_ニΛ=}\:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:`ヽ、 } ‘,ニニ{
ノニニ/ニニニニ〈ニニ\:i:i‘,____________/:i{_`丶、 / ’ニ「
{ニ/ニニニニニニニ}ニニニニ}:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i{ニニニ`丶、 イ /ニニ〈
Уニニニニニニニニ{ニニニニ}:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i{ニニニニニニ``~<ニニニ/
〈ニニニニニニニニニY}ニニニニ}__________________{ニニニニニニニニニニ丁`¨´
厂 ̄ `丶、ニノ个ニニニ}:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i{ニニニニニニニニニニ{
/ ̄ ̄ `丶、ヽ r‐ 、ニニニ{:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i{ニニニニニニニニニニ{
/ ∨///∧ニニ}\:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:/ニニニニニニニニニニ{
.
r┐
4/21 _|r「二ニニミ、
√∨{{:i:>、:i\\ 逆に言えば、『イメージしやすい』状態を作れば、工学系の中でも、理解しやすい部類に入ります。
√ 人}}:i:i:i:i:i:\:`、:iヽ、
√/i:{ {:i`丶、:i:i:`:i`、乂> 結論から言いますと、
Υ>、:i:} }:i:i:i:i:i:iヽ__,,:、丶´{
ハ从イー‐=彡人⇒┬‐ノ 『熱は、水のような流体としてイメージする』
/ ノ ノ:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i厂
`¨^Υ_,,.. -‐ '' "二L 事で、だいぶ熱の物理的現象をとらえやすくなります。
/:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i/,:i:i:i:`:、
,、<´\:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:/,:i:i:i:i:ト 、
/ /:i:i:i人:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:/,:i:i:i:`、`ヽ
/ /人:i:i:i:i:i:i:\:i:i/:i:i:i:i:i:i:i:/,:i:i:i:i`、 Λ
/ /:i:i:i:i:\:i:i:i:i:i:i∨:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i/,:i:i:i:i`、:i{
人 /:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:ヽ:i:i:i:i:i}:i:i:i:i:i_:/⌒ヽ:i:i:i:i:〉人
{ \:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i/:i:i:i:i:ij>'ヽ ̄:i:i{ 厂:iVi:i:i:i:}
} () }:i:i:i:i:i:i:i:i:;′:i:/廴ノ:i:i:i:i:乂_ノ:i:i:V:i:i:i:i:ノ
{L {:i:i:i:i:i:i:i:i:{:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:/:i:i:i:i:i/i:i:i:i:i:{
√{ }:i:i:i:i:i:i:i从:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:/:i:/:i:i:i:i:i/:i:i:i:i:i:i:}
√ノ {:i:i:i:i:i:i:i:i:i:iヽ:i:i:i:i:i:i/´:i:i:/:i:i:i:i:八:i:i:i:i:i:i人
√〈 丿:i:i:i:i:i:i:i:i:i:/:i:i:i:i/´:i:i:i:/:i:i:i:i:/:i:人:i:i:i:i:i:iΛ
\ \ \i:i:i:i:i:i:i:i:i:{:i:i:iノ゙i:i:i:i:i:(:i:i:i:i:i:i:/:i:i/:i:i:i:i:i:i:i:人
ヽ,、</ ̄ ̄\:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i\:i/:i_人_i:i:i:i:i:i:i:}
{:i:i/¨\ \ ___丶:i ̄`、:i:i:iノ:i:i:i/__// \:iノ
Υ、 j>'´>``丶:i:i:i`、人:i:i/  ̄ ─ _ /ヽ
人/\//\\ ____\:i:i:i:i:i:i/─ //_  ̄/ /
\/\ Χ >`` ヽ:i:i/ ̄ ─ - _/ /
}:i:\ \//\\/:乂 / / ′ ′
{:i:i:i:i:\ \ Χ/ , ``~、、 ′Λ
}:i:i:i:i:i:i:i:\ \ / ( 乂>ー V /:i:i:.
{:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:\Λ />´ r‐、 廴/:i:i:i:i}
}:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:Λ厂√r,ノ 厂Vi:i:i:i:i:i:i:i:i{
{:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:`√人__人ノ:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i}
}:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i√√:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i{
{:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i人丿i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i}
.
冂
5/21 ,、<「|>、、 何しろ、熱にしても、流体にしても、定常状態の一番簡単な式に関しては、
/ {:i:i:i[|:i:i:i:V', どちらも同じ式の形状になっていますので。
/7fア¨´[|~^'〈>ト、
人∨{:i:i:i[|:i:i:i:i}7ノ 熱の定常状態の計算式がこちらになります。
,r∨:i:i:i[|:i:i:i:八
_r<ニ{ニ`'<之/ニ〕>、 熱量 = 熱伝導率 × (測定部温度 - 端部温度)
_ -=ニL/}\ニニニニニ/〔、_」>、
_-ニミニニ〈ニ小:i:iΥrrrr<:i:[ニ丶=/, 流体の定常状態の計算式が、以下となります。
√ニニニ∨_Λニ/,:i:i|_乂ノΛ「ニΛニ/,
√ニニニニVγヽ'/,i:i|ニゞ゙ニノニΛ_{ニ/, 流量 = 抵抗値 × (測定部圧力 - 端部圧力)
{‐=ニニニニ-_乂ノ=/,:i`¨¨¨~√仄ノ_}ニニ/,
{‐=ニニニニ-_Λニ/,:i:i:i:i:i:i:i{l\ニ/ニニ/,
{‐=ニニニニニ人Λニ/,i:i:i:i:i:i:i{ニニ∨ニニニ/,
Υニニニニニニ〈ニ}ニ/,:i:i:i:i:i:i{ニニ〈ニ>──<
{‐=ニニニニニΛゝ、'/,:i:i:i:i:iΛニ/ 〉 〈 Λ
∨ニニニニニニ小‐- ..,,_:i:i:iΛ_∨/ ,、<¨Λ
_∨ニニニニニ厶 `"'' ‐-\/ >‐,r‐-<
/、,人ニニニニニ乂 `"'' ‐- ..,,__ }/ /⌒ΥΛ
| |「>ー-/ `"'' ‐- ...,,_√V `''<ノ_ノ }、
L....ノニニニ/厶斗-‐=─- _ ΛV 、\{>斗Λ
√ニニ√ニニニニニニニニニ-_,厶ノ``~、、\\乂ノニニ
√ニニ√ニニニニニニニニニニ{ニニニニニニニ\)\)ニニニ}
√ニニ/\/ニニニニニニニニ/}二>``Τ厂ニニニニニニニ′
√ニィ ̄人ニニ、ニニニイニ人 ̄ ̄ ̄{ノニ\ニニニニニ}
√ニ√l l }ヽニヾニニニニニ/ l lΛニニニア⌒¨´V
√ニ√ l l {ニΛニニニニィ厂 l l 八ニニニニニニニ/
√ニ{ l l {ニニノニア⌒¨ノ l l l Λ、_,、<⌒〔
√ニニ{ l l {\________/√l l l 〕:.:.:.:.:.:.:.:.:〔
√ニニ{ l l Λ:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.√ l l l 〕:.:.:.:.:.:.:.:.:〔
.
「l 6/21
_ -=ニニ∥\
-ニニニニニ∥.:.:.:/, この理屈に当てはめると、以下のように、物理量の置き換えが出来ます。
ニニニニニニ{{.:.:.:.:.:./,
ニニニ,、<ノ`、.:.:.:.:./, 熱量 => 水の量
ニニ<:i:i:i〈:i:i〉ハ`ヽ:/,
ニニニ`''<>/〈.:.:.:.:/, 温度 => 水面の高さ
``~、、ニ乂 >‐┤
.:.:.:.:.:.:.:.` ~ r─‐┘ 比熱×質量密度 => 容器の大きさ
``~、、_____ノ.:.:.Λ
ニニニニニニニ-_.:.:.:.人 熱伝導率および熱伝導率 => 容器に空いた穴
‐=ニ⌒>、ニニ-_.:.:.:Λ
ニニニニニニ`、ニ-_.:.:人 こんな感じになります。
ニニニニニ`、乂>‐.:.:.:.:.〉
ニニニニニニ`、ニニニ-_.:〈
ニニニニニニニ`、ニニニ-_ [、 ̄ ̄ ̄ ̄ \ .} |
ニニニニニニニニVニニニ-_[ \ \ .} ,r― 、 |
ニニニニニニニニニ}ニニニニニ[ \ \ .} { } ←容器の穴=熱伝達率 |
ニニニニニニニニ〈ニニニニニ[ ] ̄ ̄ ̄ ̄ ̄| .} 乂_ノ |
ニニニニニニニニニ}ニニニニニ[ ] __ /) .} | ← 容器の大きさ=比熱×質量密度
ニニニニニニニニVニニニニニ[ ]/ 、,イ´/) .} |
ニニニニニニニ/ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄\ / /} .} |
` ≪ニニニニノ \ ノ .} |
.} |___水面の高さ=温度
.}:.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.:::::::::::: |
.}:.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.:::::::::::: |
.}:.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:水の量=熱量:.:.:.:.:::::::::::: |
.}:.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.:::::::::::: |
゙ゝ ..,,____________________________,..-'"
.
7/21
例えば、何かを温めている状態というのは、
バケツのような容器(比熱×質量密度)に、水(熱量)を供給していると考えることが出来ます。
また、熱は基本的には温度の低い方へ逃げてしまいますので、対象には、必ず穴(熱伝導率/熱伝達率)が開いているものとして考えます。
,‐‐‐、
,r‐=~ ̄ ̄~=n
ー‐十 ― 十―‐' 熱の供給(焚火が該当)
) ) ) ) ) .r'~ ̄~ヽ
( ( ( ( ( ←空間に対する放熱 ,r‐‐ュ )――(
) ) ) ) ) / _ヽ| |__
,' ,' /  ̄`・、
ノ λ ) l . l___| _ ヽ
ソ)人ノ 从:. ソ)ノ ) \ `・、___,・ー―‐' l |
( V (ソ  ̄ ̄ ̄ ̄ \ |___|
(ノ. _,,..,,,,_ ( \ |||
). / ,' 3 `ヽーっ ,ゞ / |||
ノ ソ l ⊃ ⌒_つ ( ノ 温められている対象 ____ / _, -i'ロ゙i====== ↓↓↓ ‐‐--- .、
(. `'ー---‐'''''" ) / ( '、__ ___ _i'クi彡゙
./,.ィ ,l  ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ /,/´ l
../し'(:.(: :しヘ 〃l /,/ l
.lJ: : : ): :´⌒)! l:l l ,/,/ !
`゙,ー'^i´: : /,'´ 熱の供給 ゙:、 .li // l
_.。rヘ/i///\\ ゙(三三三-==='''""´ l 温められている対象
////√ヽヘヾ\\\ ゙゙! l (ここでは荒巻スカルチノフ)
/////ミ\\≦\\\ヽ .l l
.! ,r― 、 l
l { } l
.} 乂_ノ |
゙ゝ ..,,______ |||
||| バケツに空いた穴:熱伝達率
↓↓↓ (空間へ逃げていく放熱分の熱量)
.
8/21
そして、温めて、周囲の温度から上昇した状態で温めるのをやめた場合、水(熱量)の供給がストップした状態となります。
つまり、穴(熱伝導率/熱伝達率)から熱(水)が逃げるだけとなります。
熱量(水)は、温度(バケツの水面)が、周囲の温度(水面)と同じ高さになるまで漏れていきます。
温度(水面)が周囲と同じになれば、水の流出は止まります。
_, -i'ロ゙i=============‐‐--- .、
( '、__ ___ _i'クi彡゙
) ) ) ,l  ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ /,/´ l
( ( ( 〃l ______ ___ /,/_ l ← 現状ではバケツ内部には、ここまで水が入っている(温度)
) ) ) l:l l ,/,/ !
_,,..,,,,_ ゙:、 .li // l
/ ,' 3 `ヽーっ ゙(三三三-==='''""´ l
l ⊃ ⌒_つ 周囲より温度が高い ゙゙! l
`'ー---‐'''''" \ .l l~~~~~~~~ここが周囲の水面(周囲の温度)
| ̄ |  ̄ ̄ ̄ ̄ \ .! ,r― 、 l
_| |_ \ l { }ー→
\ / / .} 乂_ノー→ バケツに空いた穴から水(熱量)が逃げていく
\/ ____ / ゙ゝ ..,,__________,,,.. -'"
_,,..,,,,_ / | ̄ |
/ ,' 3 `ヽーっ _| |_
l ⊃ ⌒_つ 周囲温度まで冷える \ /
`'ー---‐'''''" \/
_, -i'ロ゙i=============‐‐--- .、
( '、__ ___ _i'クi彡゙
,l  ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ /,/´ l
〃l /,/ l
l:l l ,/,/ !
゙:、 .li // l
゙(三三三-==='''""´ l
゙゙! l
バケツ内部の水面高さ →.l_____________________________ l~~~~~~~~← 最終的に、バケツの水面(温度)は、
.! ,r― 、 l 周囲の水の高さ(温度)まで下がる
l { } l
.} 乂_ノ |
゙ゝ ..,,__________,,,.. -'"
バケツ内の水面(温度)が周囲の水面(温度)まで下がったら、
水(熱量)の流出は止まる
.
9/21
また、逆に、周囲の水面(温度)が高い場合、穴からバケツ内に水(熱量)が入っていきます。
これは、周囲の水面(周囲の温度)とバケツ内の水面(物体内部の温度)が同じになるまで続きます。
つまり、温度は周囲の温度と同じになるまで上昇するわけです。
______ ! l
/ // /| ! l~~~~~~~~←周囲の水面
| ̄/  ̄ ̄,:|//! ! l
|/_,,..,,,,_ ./ .!/| ! l
| ./ ,' 3/`ヽ::|っ.! !___________ l ←バケツ内の水面
| l /⊃ ⌒.|つ| .lーーー l
|/ー ---‐'''''.|/ .!ーー ,r― 、 ←←←
 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ lー { } ←←←
\ .} 乂_ノ ←←←
 ̄ ̄ ̄ ̄ \ ゙ゝ ..,,__________,,,.. -'"バケツに空いた穴から水(熱量)が入っていく
| ̄ | \
_| |_ /
\ / ____ / | ̄ |
\/ / _| |_
\ /
\/
_,,..,,,,_
/ ,' 3 `ヽーっ
. l ⊃ ⌒_つ !______________l
`'ー---‐'''''" ! ーーー l~~~~~~~~←周囲の水面とバケツ内の水面が一致した時点で流入は止まる
! ーー l
! ー l
! l
.l l
.! ,r― 、 l
l { } l
.} 乂_ノ |
゙ゝ ..,,__________,,,.. -'"
流入ストップ
.
10/21
また、比熱×質量密度は、容器の大きさ・形状に該当します。
上から見下ろした際の、面積が大きければ、水位(温度)を上げるのに必要な水(熱量)が多くなる。
面積が小さければ、水位(温度)を上げるのに必要な水(熱量)が少なくてすみます。
つまり、比熱が大きければ、『温めにくく、冷えにくい』、小さければ、『温めやすく、冷えやすい』ことになります。
.} |
.} | _____
.} | .`|゚ ̄ ̄.|´
.} | | |
.} | | |
.} | | |
.} | | | 水位(温度)を上昇する水(熱量)の量:小
.} | | |
.} | 水位(温度)を上昇する水(熱量)の量:大 | |
.} | | |
.} | | |
.} | | |
.} | ゝ _ ノ
゙ゝ ..,,____________________________,..-'"
.} |
.} | _____
.} | .`|゚ ̄ ̄.|´
.} | 水位(=温度)_____ |__ ,|
.} | |:.:.:.:.:.:.:|
.} | |:.:.:.:.:.:.:|
.} | 同じ水の量(=熱量)でも、水位(温度)の |:.:.:.:.:.:.:|
.} | 上昇率が、比熱によって異なる。 |:.:.:.:.:.:.:|
.} | |:.:.:.:.:.:.:|
.} | |:.:.:.:.:.:.:|
.} |______水位(=温度) |:.:.:.:.:.:.:|
.}:.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.:::::::::::: | |:.:.:.:.:.:.:|
.}:.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::.:.:.:.:.:.:::::::::::: | ゝ:._:.:.ノ
゙ゝ ..,,____________________________,..-'"
.
11/21
以上の条件を踏まえたうえで、よくある事例をもとに、置き換えを行ってみます。
「l
_ -=ニニ∥\ 『1万5千[℃]の熱量を放出する』
-ニニニニニ∥.:.:.:/,
ニニニニニニ{{.:.:.:.:.:./, ↓
ニニニ,、<ノ`、.:.:.:.:./,
ニニ<:i:i:i〈:i:i〉ハ`ヽ:/, 『1万5千メートルの水位の水の量を放出する』
ニニニ`''<>/〈.:.:.:.:/,
``~、、ニ乂 >‐┤ ・・・いや、水位がわかっても、水の量はわかりません。
.:.:.:.:.:.:.:.` ~ r─‐┘ 面積がわかりませんので。
``~、、_____ノ.:.:.Λ
ニニニニニニニ-_.:.:.:.人 25メートルプールの水深1メートルの水の量と、海の水深1メートルの水の量では、全然ちがいますから。
‐=ニ⌒>、ニニ-_.:.:.:Λ
ニニニニニニ`、ニ-_.:.:人 この場合、温度に合わせるのであれば、『ある水位を持った物体を放出する』が、妥当になりますね。
ニニニニニ`、乂>‐.:.:.:.:.〉
ニニニニニニ`、ニニニ-_.:〈 『1万5千メートルの水位を持つタンクを放出する』
ニニニニニニニ`、ニニニ-_ [、 ̄ ̄ ̄ ̄ \
ニニニニニニニニVニニニ-_[ \ \ ↓
ニニニニニニニニニ}ニニニニニ[ \ \
ニニニニニニニニ〈ニニニニニ[ ] ̄ ̄ ̄ ̄ ̄| 『1万5千[℃]の温度の持つ物体を放出する』
ニニニニニニニニニ}ニニニニニ[ ] __ /)
ニニニニニニニニVニニニニニ[ ]/ 、,イ´/) ですかね。
ニニニニニニニ/ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄\ / /}
` ≪ニニニニノ \ ノ
(:::::::::::: ヽ
, ⌒ヽ (:::::::::::::::::::::: )
||======|| (:::::::::::: ' (::::::::::::::::::::::::::: ヽ⌒ヽ 、
──┬────┬────┬───||======||‐、\ ____ ゝ:::::::::::: `ヽ(::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ) (⌒ 、
──┴────┴────┴───||======||─\\. !\ \ (:::::::::::::::::: ::::::::::::::: 、⌒ :::::::::::::::: ヽ (::::::: ヽ
~~~~~~~~~~~~~~~~||======||~、 \\|. 1\ \ (::::::::::::(⌒::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ::::::::::::: ) (:::::::::::::::::
~ ~ \| \\ | ̄ ̄ ̄ ̄| ::(::: ::::::::::::::::::::::::::: `)::::::::::::::::::::::::::::: ノ:::::::::::::::::: Y⌒ ヽ::::::::::::::::::::::::
\ .\\ |____|___ ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::):::::::::::::::::::::::::::: ┌┐ :::::::::::::::::::::::::::::
\| \\. !\ \ :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: /~'7;; |/~''7 ::::::::::::::::::::::::
二二]=[二二二]=[二二二]=[二二二]=[二二二]=[二二二]= .\\|. 2\ \ ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ( ( ̄| ( ::::::::::::::::::::::::
\| \\ | ̄ ̄ ̄ ̄| 、___`t-'ーイゝ-i
\ .\\ |____|__ ヽ] ̄二二二7
\| \\. !\ ~^'""~~~~^'""~~~~^'""~~~~^'""~~~~^'""~~~~^'"^~~^'""~^'"^~~~~~~~
二二]=[二二二]=[二二二]=[二二二]=[二二二]=[二二二]=[二二二]= . \\|. 3\ ~~~ ~~ ~~~~ ~~~ ~~ ~~~ ~~~
\| \\ | ̄ ~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~~~~ ~~ ~~~
~ ~~~~~ ~~ ~~~~ ~~ ~ ~~ ~~ ~~~~
.
12/21
1万5千[℃]の"物体”を放出する場合。
この温度で、液体で放出可能な"物体"が存在しません。
現在、地球上で一番沸点が高い物質がタングステンで6000[℃]。
つまり、放出する段階で気体です。
いや、これはこれで恐ろしいですが。
『1万5千[℃]の気化したタングステンを放出する』
これがドラゴンブレスであれば、当たった炭素生命体は、間違いなく、塵も残りません。
. ∨/\
∨//\
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三三≫- _: :.∨/////\ /\: : : : : :`ヽ-- _
:`:≪三三三≧ミ////彡'_ >=--<⌒ヽ \
: : : : : `≪三三三三三ヲ \{―‐ァ===ミ\__>-` ー- _
: : : : : : : : :.`≪三三≫' \_/-----` =--- ___ ` -- __
: : : :\---=ニ二ヽ__ - 、\/ ̄`ー― __/ ̄___ ̄ ̄ ̄`ヽ___>
: : : : : :\///////ハ`ヽ `ヽ1  ̄ ̄〉---// ̄}/i/i/ノ' ̄ `ヽ /
―‐r――\////彡' }} |i < ,.-----------==v'ヽ厂.,,..,,.....,,,...,,.....,,,,,.,,._,,.. ,.. . ... .... .......
: : /: :_:_/: : /`¨´\___ノ } 厶ィ{{´ ゙゙゙゙'''''' ' '''' ''''' ''''
: /: /: : : /: : :∧: : :\ \__ r千';;.
:.辷辷辷辷辷辷少 、: :ヽ ∨_/ 厶, ':;;,
i \:.. Vフ < ':;;,.
|_/\ マフヽ{ ':;;..,
\ マフ \ ':;;.., ,'´ノj、
\ マフフ ':;:;;,,. ,'j 'ィ ;ノゞ
ヽ ∨ ̄フ ':;;::;..,, ≠≠≠: ゝ
}r‐く_ノ '::;;:;;;:.. =辷≦戈斧弋
\ } '::;;:;;;:..
` '::;;:;;;:..
.
13/21
もし、ブレスに使用されている物体がアルミナだったら、洞窟内部で吹くたびに、壁面の金属と反応して、
サファイヤやエメラルド、たまにルビーが壁面を彩る、まさに一攫千金な洞窟が出来そうです。
・・・採掘するのは、文字通り命がけでしょうが。
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////}/:::::::::::::::/::::::::::/:::::::::/}/::::::::::::::::::::/: : : : : |:l | | ,/ / \ :::: ::::::::: : : : : : : : : :.:.:.:.:.:.:.:./}/::::::::::::::::::::::::
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////::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::/}/: : /: : : : : : :ヽ ゙/ヽ| |ヽ| | | |//'゙ // ./ + : : : }\: : : : \: : : \: : : :\}\::::::::::::
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:::::::/}/::::/}/::::/}/:::::::::::::::: : : : : /: : :`> 、\ヽ\ |//'゙ ,ィ ゙/ヽ|/゙、.:| | // :::::::::::::::::::::::::::::::: : /_ノ:::::::::::::::__ノ}:::::::::::::::::::}:::::
:::::::::::::::/}/::::::::/:::::::::::::::: : : : : : :_:_:_`´⌒ヽ/\_ l |/ ァ丶゙. ゙|∧、| |// :::  ̄ }/{::::::::::::::::::::{//::::::::::::::::::::}:::::
:::::::::::::::::::::::::::/:::::::::::::::: : : : : /\ l> ベ.∨ /\ l>、ベ.| | | |//'゙ // ./´./∠ i> : : {_/}:::::::::::::::::{//::::::::::::::::::::/}::::
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:::::::::::::::::::::::::::::::::::: l|. 、 / ∧、| |/〉/゙、.:| | /'゙ ∧、| ∧、| |/|/| | |/::.\./ / ;:ィ´く>_ ヽ' ' i....____).....:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:. ̄¨¨¨`゙''
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'´¨¨¨ ̄:.:.:.:.:.:.:.:.、i :, | ゙、ヾ. ゙| l l |/| | |//'゙ ゙| l l | l l |/ { :i i i / ̄ ,/ / __ ´. ,',i ....: : : : : : :.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:
; 丶i:、 ヽ ゙/ヽ| | ゙| l l |/ { :i i i ::i i i ! \./ / ;:ィ´く>_// ./´./∠ ,:'. ,|
i , ノ ;l\:|\丶゙. ゙| { :i i i ! /::/\ ` T ´ :| |//'゙ // ./:// / ノi / ´ ,i
l: .\ . |;、 ノ ;、 ノ ヽ、,.,ゝλ,v ,r', ^ヽ、,.,ゝλ,v ,r', .;l, ,r' 〈 .,; ,l
<、 ,. 、ヽノ \r,∧,、. \r,∧,、. ノl,/ .レゝ,/ ., ,:ノl,/ .レゝ,/ ., ,:ゝ、 , . ;,i
' ` ` ' ` ` `´ ` `´ ´ " ´ " ´ " ´ " ´" ´
.
_ -=ニニ=-┌‐ ┐
14/21 _ -=ニニニニニ≧| 冂 !=-_ 次に、温度の部分を水量に変更してみます。
_ -=ニニニ=- _/::::::::r、:::::::-_
-=ニニニ=- _/:::::::::::::| |:::::::::-_ 『1万5千[リットル]の水を放出する』
{ニニニニ=-_/::::::::::::::::::::| |:::::::::::-_
{ニニニニ=- _:::::::::::::::::::::| |::::::::::::-_ まあ、表現としては問題なくなりました。
V㌍ミニ=- _::::::::::::::::::::| |::::::::::::-_ ただし、時間の単位は無いため、どの程度連続して放出するかがわかりません。
{ニニ=∨=- _:::::::::::::::::::| |::::::::::::-' とりあえず、瞬間で放出するという前提で、[リットル]の部分を熱量の単位に変換します。
\ニ/ニ=- _:::::::::::::::::::| |:::::::::::-'
`>、ニ=- _:::::::::::::::| |:::::::::-' まずはcalにしてみましょう。
{ \ニ=- _:::::::::レ::/'
从 >ー─‐r匕´、 『1万5千[cal]の熱量を放出する』
_ -==- _\`ヽ、 〉、
_ -=ニニニニ=- _:::::\ ``~、、 〈ニ=- _ ・・・大体、エルビスサンドのカロリー量の1/1000になります。
_ -=ニニニニニニニニ=- _::::::::\________,,.、丶´ニニニニ=- _ kcalだと、ちょっと少ないエルビスサンドになります。
_ -=ニニニニニニニニニニ=- _:::::::/ \/⌒ヽ ∨ニニニニニニ=- _
_ -=ニニニニニニニニニニニ=- _:::::/ 从^Y^ } ∨ニニニニニニ=- _ _____
_ -=ニニニニニニニニニニニニ=- _:/ 〉 〈 ∨ニニニニニニ=- _ _____, -‐ ´ `ヽ、
_ -=ニニニニニニニニニニニニニ=-_' ゝ、__ノ ∨ニニニニニニ=- _ , -‐ ´ _ `ヽ、
_ -=ニニニニニニニニニニニニニニ=- { ∨ニニニニニニ=-_ / < ̄`ヽ、 ̄ ̄ ̄` ‐- \
_ -=ニニニニニニニニニニニニニニ=- } { } ∨ニニニニニ=- _ / {\ r`ヽ、 ヽ ;. ; : : :,,, ` ‐- 、 \
_ -=ニニニニニニニニニニニニニニ=- { } { ∨ニニニニニ=-_ . / \ ヾxュ` ヽ、\ ; ; : : : : : : : : ;., `ヽ ヽ
_ -=ニニニニニニニニニニニニニニ>乂 _,,....,,_ { } rf㌍ミニニニニニ=-_ i }'\ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ヽ、 マ{ヾtfx`ヽ、 , ; : : : : : : : : '., ',
_ -=ニニニニニニニニニニニニニ∨ヽ/ ∨::::::::::::::>ー匕彡 \/ }ニニニニニ=-_ . { {\ \ : : : : : : : : \ \`マdfx,`ヽ、 : : : ; ; : : '., i
_ -=ニニニニニニニニニニ_ -=ニ人 ノヽ,ノ{::::::::::::::::::::::::::::::::人/ヽニニニニニ=- _ l \ ヾx`ヽ、 : : : : : : \ \.`マムtx,`ヽ、 : : : ; : ;, ', `ヽ
_ -=ニニニニニニニニニニニ_ -=ニニ`¨´ニΛ:::::::::::::::::::::::::::/{ニ`¨´ニニニニニ=- _ . ', ヽ マム \ : ; , ; : ; ,`ヽ、`ヽ、`マムz. \ : ;: : : . '.,
_ -=ニニニニニニニニニニニ_ -=ニニニニニニニ}\____________/::}ニニニニニニニニニ=- _ ヽ \ ゙ムtx \ : : ; ; : : : .`ヽ、`ヽ、`マムt \、 : : : : . '.,
_ -=ニニニニニニニニニニ_ -=ニニニニニニニニ{::::::::::::::::::::::::::::::{ニニニニニニニニニ=- _ . \ \`マムt \ ; : : : : : : ; : : `ヽ、.\`マムt \. 、 : : : . '.,
_ -=ニニニニニニニニニニ_ -=ニニニニニニニニ}::::::::::::::::::::::::::::::}ニニニニニニニニニ=- _ ヽ. \`マムt \ ,; : : ; : : :,:; ', \.\`マムt \ヽ、 : :. '.,
_ -=ニニニニニニニニニ_ -=ニニニニニニニニニ{::::::::::::::::::::::::::::::{ニニニニニニニニニ=- _ } \`マムt \ : : : : : ',. \.\`マムt \ \ : :.ヽ
,' \`マムt \ : ; ; : ', \ `ヽ、`ヌム,\ \ >
i \`マムt \ : ; : ', `ヽ、 `ー-、 \_,>'
|. \`マムt \ : :,:; . ', ` ヽ、 `ヽ、.}
. ', \`マムt \ : . ', `ヽ、/
ヽ. \`マムt \. ',
\ \`マムt;,\.|
\ \. \{ ̄ _. '´
`ヽ、 ヽ__〉 , ´ ̄ ̄ ̄ ̄
` 、 -‐ ´
ー――――― ´
.
_____┌─┐ では、時間に対する放出量を考えてみましょう。
15/21 , '´:i:i:i:i:i:| l⌒l|、、
/:i:i:i:i:i:i:,、<二二>、 『1万5千[リットル/sec]の水を放出する』
/:i:i:i:i:i:i:i://:i:i:i:i:i:l} {l:i:i:i/,
ム /\/ (:i:i:i:i:i:i:l} {l:i:i:i:/, これで、時間の単位が付きました。
丁{ 〃ヽヽハ:i:i:i:i:i:l} {l:i:i:i:i/,
`Λ乂ノ ノ/`丶、l} {l:_:、'乂 時間がついている単位としては、ワット[W]=J/secが有名ですね。
}\/∥:i:i:i:i:∥∥:i:i:/
r〉、:i:i:i圦:i:i:i:i∥∥:i:i:/ 『1万5千[W]の熱量を放出する』
,、<乂厂 >\i∥∥i/
r'´.:.:.:.:.:.:.:.\─ ̄ >‐彡〕h、_ IH調理器が3000[W]なので、5台分ですね。
,、<\.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:\─  ̄ ‐{.:.:.:.∨〕h、
,、<.:.:.\\\.:.:.:.:.:.:.:.:.Λー‐>-、}.:.:.:.:.∨.:.:.:`ヽ ・・・ちょっとインパクトに欠けますね。
//.:.:.,、<.:.:\\\.:.:.:.:.:.:.:Λ.:{Ll_|_|ハ.:.:.:.:.八.:.:.:.:.Λ
i{.:}.:.:.:}.:.:.:.:.:.:.:.:.\\\.:.:.:.:.:.:Λ\ 从.:.:./乂j.:.:.:.:.:Λ 厂l __
i{.:{.:.:.:{.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.\乂)>‐-.:Λ 厂 Λ//r<.:.:.:.:.:.:.:.\ _,、-=/ ノ<「 ─┴┐ _,. ィk=ニ二三ニ=ヲ‐-_;::-一=ー-、,._
i{.:/ヽ.:.:.:.:.:.:.V.:.:.:.:.:.`¨¨/⌒ヽ〔ハ{ ', Λ.:.{i }.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.ヽ /ニニ/ r<  ̄ ̄) /´;ー;―;‐;-;-;-;--; 、; _`ニ三弌==-‐'´_;``ヽ
ノ/(C.:/.:`ヽ.:.:.:.V:.:.:..:.:.:.:.:乂」ノ:〔.:] 人_Λ乂ノ.:.:.:./.:.:.:.:.:.:.Λ/ニニニV >'´ ̄) f. . . . ;:,.、. . . . . . . . . .`. .`. . ̄. .ヾ, : : : : :;;;;;‘,
{:/.:.:.:.:/.:.:.:.:.:.:.:.:.:.}:.:.:.:.:.:.:.:.:┬‐/\〕´.:.:.:.:.:.八⌒Y/.:.:.:/.:.:/ニニニニニ{ j>'´ ̄ . {. . . . |il|ムi|. . . . . . . . .;r≦从;、. . . . . ',: : : : ;;;;;;;;;',
rV.:.:.:.:./.:.:`ヽ:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:| 「.:.:.:.:.:.〕\__/.:[.:.:.:.:|.:..:./.:.:.:./|ニニニニ<八 / . | . . . .|il斗/|. . . . . . . . ;|li'´ノj 'l. . . . . . ; : : : ;;;;;;;;;;;} × 5
/V.:.:.:.:/.:.:.:.:.:.:.∨:./:.:.:.:.:.:.:.:.:.:人「.:.:.:.:.:.].:.:.:.:.:.:.:.:.[.:.:.:.:|.:.:.:.:.:.:/.:.|ニニ/ニニニニ\匕_〕 . L;_ィァd斗/ll|; . . . . . ; : }|ij 'ィ ;ノ |. . . . . . ; : : : ;;;;;;;;;;;|
叭.:{.:.:.:.:{.:.:.:.:.:.:.:.:.:∨.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.「.:.:.:.:.:.]\___/:[.:.:.:.:|.:.:.:.:/.:.:圦/ニニニニニニニi\/ ``~¨癶厂匕ミヽ;:_;,:j.|戈彡; :|. . . . . . ; : : : ;;;;;;;;;;;|
``ヾ=辷≦戈}; . . . . . ; : : : ;;;;;;;;;;;|
`゙`~-癶匕.j:_:_:_:L;;;;;;;;;」
.
16/21
もう少し、単位を変更してみましょう。
____
_,,.. -‐| 厂 |,、 『1万5千[kW]の熱量を放出する』
/>:/:i:>-‐‐- 、
/>、i:/:i:/:i:i:i:i:i: i:i:i:i:. 風力発電1基の発電力が大体4000kWですので、約3.75基分の熱量放出です。
/´:i/人:i:〈:i:、i:i:i:i: i:i:i:i:!
\人/7:i/7:i:\:i i:i:i:iハ 『1万5千[MW]の熱量を放出する』 = 『1500万[kW]の熱量を放出する』
_/ゝー匕ノ:i:i:i:i:i:i i:i:i:i/
/>、ニ\人:i:i:i:i:i:i' i:i: ′ 日本における、最大の火力発電機が1基105万[kW]ですので、約15基分になります。
/::::::::::::::\ニニ\:i:/ .:i/
,、イ-‐===ー-:::::>、 /`¨¨´ このくらいだと、なろう小説あたりで使いやすくなりますかね。
/ニニニニニニニニニニニ=-_:::人
/ニニニニニニニニニニニニニニ=-_:::::\ i ! .!
_,-=ニニニニニニニニニ/⌒>、- _:::::\ |i | i|
_-=ニニニニニニニニ/ニニニニニニ\::::::::::\ | ゙!..|..!゙ |
_ -=ニニニニニニニ/ニニニニニニニニニ}:j>'´⌒ヽ |.├|┤.|
_'-=ニニニニニニニ{ニニニニニニニニニニ{:::\⌒´ Y.! | i.Y
_ -=ニニニニニニニニ}ニニニニニニニニニ〈:::::::::\ 、`!゙YYY'i´,
_ -=ニニニニニニニニΛニニニニニニニニ乂ア⌒¨´ `!゙YYY''!’
_ -=ニニニニニニニニニニ〉ニニ、丶"~ ̄ `ヽ、 . `!¨Y^Y¨!'
_ -=ニニニニニニニニ∨ニニ/ \ニニニニニ=- _ . l''' '''''' '''l
_ -=ニニニニニニニニニ{ニニΛニニ\ニニニニニ=- _ i;;;; ;;;;;; ;;;;!
_ -=ニニニニニニニニニΛニ/ニ\ニニ\ニニニニニ=- _ ____ i:::: :::::: :::::!
/- _ニニニニニニニニニニ=-_′ニニ\ニニヽ∧Vニニニニj>'´-_-_ ミh、 . i::::: :::::: :::::!
ニ=- _ニニニニニニニニニ=-'Λニニニニニ\ニΛVニ、丶"~-_-_-_-_-,、イ i::::: ::::::: :::::i × 15
ニ=- f´ ̄ ̄ ̄ ヽニ=-'{/ \ニニニニニΛ∨ニ/-_-_-_、丶"~て _ -_-_ 、 }i!!!! !!!! !!!!{
ニ=- i! /Λ=‐_\ / \ニニΛ∨ニ/-_-_-_(-_-_-_-_廴 __,,.、丶´_-_-_-_-_-_ . |!!!!! iiiii !!!!!|
ニ=- i!>ー-匕 }ニ=- _,\ニニ\Λ∨ニ{-_-_-_-,\-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_ノ . |」」」 凵 」」」!
ニ=-人 { { {,/ニニニ=- _,\ニニゝ 'ニニ人-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_、丶"~  ̄ ̄ ``ヽ、 iLLL|r:i|_l_l_li
ニ=- _ ≧=‐─匕ニニニニニニニ=-_,\ニニ>、,___\-_-_-_-_-_、丶"~ ̄ ̄ ``ヽ、ー=ミ、,-Λ |i!!!! i!!!!! i!!!i|
ニ=-/ニニニニニニニニニニニニニニニニ=- _>ー─‐‐´,\-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_\ ゝ ′ . ヾiiiiiiii レ'x| iiiiiiiツ
`¨´ニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニ=- _,>‐-======-‐ 、-_-_-_-ヽ !:… |仝| …:!
ニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニ=- _ \_-_-_-} . };;;;;;├‐┤;;;;;{
ニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニ=- _ `¨¨¨´ {ヨヨヨ mm ヨヨヨ}
iiiiiiiii llllllll iiiiiiiii
||||||| iiiiiiii |||||||
!!!!!!!.l|||||| !!!!!!!
.
17/21
2つめの事例として、以下の文章を考えてみましょう。
『全細胞の1℃を一点に集めれば、60兆℃の温度になる』
↓
『ヤクルト容器の1㎜の水深を一点に集めれば、60兆mmの水深になる』
この場合、容器の大きさと、強度が無視されていますね。
今回の例では、ヤクルトの容器に例えていますが、ヤクルト容器の高さは75mmとなります。
ですので、ヤクルト75個分で、容器一杯分ですから、8000億のヤクルト容器が積み上がることになります。
60兆mmですので、6000万kmです。
最接近時の地球と火星が7528万kmですので、ざっくりそのくらいの距離くらいですね。
________
|.:|
|.:| ↑
|.:| |
~~~ |
ノ ̄  ̄', ~~~ ヤクルト容器8000億 = 6000万km
/___ヽ |.:|
l == = ! |.:| |
:)  ̄  ̄ ( × 8000億個 |.:| |
l ヤクルト ! |.:| ↓
l._____j. |_|_____
.
18/21 ,. <二ニニ7  ̄ ヽ
///////////| |´ ̄ | l 容器がすべて、地球重力圏にあると仮定すると、圧力は、
////////>‐‐<>ー-匕ト、 『水の質量×重力加速度×高さ(m)』で計算されますので、
_γヽ///////o///////////Λ
/ Λ/Λ///o/>``:::::::::} | |ゝ、/Λ 58800[GPa]になります。
{ ,、イΛ/i∨///:::::::::::::::::::::' l |::::::∨7
∨{>、 _}/}i{///::::::::::::::::::::::! ; |:::::::::{/! 鉄の降伏点応力が大体250[MPa]ですので、ヤクルト容器が鉄でも支えられませんね。
∨>‐'//}i}//{::::::::::::::::::::::;! ,' ,!:::::::::}Λ 鉄の破断点だとしても、400~600[MPa]ですので、桁が違います。
\_ノ/イ/// }::::::::::::::::::::// //:::::::://Λ
`}Λヽ///::::::::::::::::::// //:::::::://// } 新聞紙43回折れば、月に到達できるような話になっています。
_ -={∧∨Υ:::::::::::::::::// //::::::::///<ノ
_ -==- _寸Λ∨{:::::::::::::::::// //::::::::/イ>`` つまり、熱として考慮した場合、1点集中した熱量に物体が耐えられません。
_ -=ニニニニ=-_ 寸ΛVト、:::::::::::// //::::::://
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ニニニニニニニ=- _ニニ=人:i:i:i:f´ Y 、 `、 `、:i:i:.ニニニ=- _ニニニニ=- _ , -====─--===ニ二三竺_
ニニニニニニニニ=-_Y´>、:i:/.:、 人 ヽ 廴ノ!j:i:iニニニ=- _ニニニニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニ=-_乂_人V::::{、ヽ ` }i:ニニニ=- _ニニニニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニ=-,_乂个_}!::::ゝ、 ノ:iニニニ=- _ニニニニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニ=- _乂ノ乂{:::::::::::ヽ 〈:i:i:ニニニ=-_Y个Vニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニ=- _ニ`¨´=}:::::::::::::::\<ヽY:i:iニニニ=-_乂乂ニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニ=- _ニニニ小:::::::::::::::::::`¨´::\iニニ=- _乂个}ニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニ=- _ニニニj{:::::::::::::::::::::::::::::::::::::\ニ=-_乂,ノノニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニニ=- _ニニ从::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::\_ニニニニニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニニ=- _}ー乂ゝ、:::::::::::::::::::::::::::::::::,、イ:}ニニニニニニニ_ -′ ′
ニニニニニニニニニ=-_ノニニニ=- _>``ヽ:::ノー-<Y:ノ´ニニニニニニニ_ -′ ′
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19/21 ,、丶"~ ̄~"└‐ 、\
/:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i\\ 以上のように、温度と熱量を、水と容器の関係に置き換えると、
//i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i〃Λ だいぶイメージしやすくなります。
/:i:/i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:/⌒ヽ:i∥:i:i:/,
/:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:,、丶"~¨¨¨^Y |∥:i:i:i:i/, この考えになれると、実は流体よりも熱のほうが簡単に考えることが出来ます。
/{:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i/:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:| l|〔- 、:i:i:i/,
V}:i:i:i:iー-i人:i:ア⌒¨¨´i:i:| l|〔:i:i:i`、i/, 何しろ、流体の場合、速度や粘性、圧縮性など、考慮しなければならないパラメータがたくさん出てきます。
∨:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i``~、、__/Vi〔:i:i:i:i:`、}
∨⌒>、:i:i:i:i:i:i:i:i:i乂__/i:i〔i:i:i:i:i:i:i,’ 一方、熱は流体よりパラメータが少なくて済みます。
∨⌒`、 、:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i〔:i:i:i:i:i:,’
(「l「l「l``~、、i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i〔:i:i:i:i:,’ 今回出てきたパラメータ以外だと、輻射熱と放射率、ステファン-ボルツマン定数くらいのものです。
ノ「l「l「l「l「l「l「\_,,.、丶´:i:i〔:i:i:i,’
r〈「l「l「l「l「l「l「l「l「l「\:i:i:i:i:i:i:i〔:i:i,’ これも、慣れると、熱伝達率と同じなので、容器に空いた穴として考えることが出来ます。
,、‐┴- _「l「l「l「l「l「l「l「l「l「l\i:i:i:i:iV/
{ニニニニニニ=- _「l「l「l「l「l「l「l「l\ ̄´
}ニニニニニニニニニ=- _「l「l「l「l「l「l「\
/ニニニニニニ_ -=ニニ=- _\「l「l「l「l「l「l〉
/ニニニ_ -=ニニニニニニニニ=-\ 「l「l「l「l\
/_ -=ニニニニニニニニニニニニニニニ=- _「l「l「l「lΥ
√-=ニニニニニニニニニニニニニニニニニ=- ニ-_「l「ノ
√-=ニニニニニニニニニニニニニニニニニニ=-ニニく⌒ヽ、
√-=ニニニニニニニニニニニニニニニニニニニ=-ニニ二\「l「\
{-=ニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニ=-ニニニニニ\「l「\
丿-=ニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニ=-ニニニニニニΛ「l「l\
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}-=ニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニニ=-ニニニニニニニΛl「lΛ
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}-=ニニニニニニニ-_-=ニニニニニニニニニニニニニニニ=- _-=ニニニ{「lノ「人 /─ノ──────‐∨ l|
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{ -=ニニニニニニニニニニニ-_-=ニニニニニニニニニニニ,i’────────────‐ ‐__/──‐{ }
八-=ニニニニニニニニニニニニ- _-=ニニニニニニニニニ,i’───────────── ‐─────七/
Υ-=ニニニニニニニニニニニニ-_-=ニニニニニニニ,i’───────────── ‐──────{
{-=ニニニニニニニニニニニニニニ-_-=ニニニニニニ,i’───────────── ‐───── /
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/,-=ニニニニニニニニニニニニニニニニ=- _ニゝ─────────―…==ニ二三 ̄
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20/21 f  ̄ ̄ ̄ ヽ 後、注意事項として、ここではイメージしやすいため、水位=温度としていますが、
_ -=| | ̄ ̄ | |
_ -=ニニニ人_l-‐‐‐人_| 実際に式に当てはめた場合には、水圧=温度になります。
_ -=ニニ/:i:i:i:i:i:i:i:ir‐、:i:i:i:\
_ -=ニニ/o:i、丶``i:i:i i:i:ト、:o\ 定常の場合には気にする必要はありませんが、非定常の場合にはズレが生じますので、ご注意を。
_ -=ニ/:i:i:/:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:\:i:i\
_ -=_/:i:o:i/:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:i:i:i:\:iΛ , 、
/ヽ=/:i:i:i:i/i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i∨:i:. γ∨ }
,. 、゙:i:iΛ:i:i:i:iΛi:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i{:i:i:l / } 〃ヽ
//ヽ\:iΛ:i:i:i:iΛi:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i}:i:i:| / :' i! }
.:i:{<ハ:i}:i:Λ:i:i:i:iΛi:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i{:i:i:ト、 / ; i! V `ヽ
{:i:}>、}了:i:/C:i:i/i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:/:i:oi:Λ r‐ 、 / / .: ' }
人:∨斗7:i〈:i:i:i:/:i:i:i:ヽ、:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:i:i:i:i:ノ{:i:∨ニ} Λ ヽ / / / .: Λ
\イ/:i:iΛi:iΛ:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i/:i:i:i:i∨ニニ7 Λ ∨ ,.:'>ー =- _ / ;:. Λ
∨:i:i:i:iΛoΛi:i:i:i:i:i:i:i\i:i:i i:i:i:/:i:i:i:i:i:i:/o‐=/ } ∨ 、 { Λ
ゝ:i:i:i:iΛi:iΛi:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i:i i:i:i:i:i:i:i:i:i:i/:i:// .: },. Λ
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ニニニニニニニニ:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::-=ニニニニニ=- _ニニニニ=- _人 ゝ、 ニニ=- ゝ ノ{ニ= _
.
____ 今回は、熱を考慮する際に、考えやすい思考方法を紹介させていただきました。
21/21 i:::冖:::!
,..!::⌒:::丶 今回は2つの事例だけでしたので、この考え方での事例をもう少し投稿したいと思います。
//::lril::\\
/::/::::::::l| |l::;;/丶;゙〟 ・・・まあ、今回行ったのは、温度が一定の状態になった場合の話ですが、
j:::l:::::::::::l| |l/////`ト、 さらに詳しい話をしてしまうと、どうしても方程式を出てきてしまいますので、
∧:j:::::::::::l| |l:::;;;::://l:::} 余りやりたくはないですね。
l:l:{:ヽ:::::::::l| |l::::://,|::ノ
!::l:i::/;\::l| |l;;;′//j/ 個人的には、方程式での説明は嫌いなんですよね。
\:l////l| |l/////、
/\///,||///,/:::::ハヽ ちゃんと計算する場合には、使わないとまずいですが。
ィ〉::::)ー\/,lj//'゙:::::::圦}、
/_/:::}ノミ=x::::ー'::zニ彡::{::::ト、\_ それでは、ご清聴ありがとうございました。
_r=T゛::/::::::::\>x二二x<;;;;;;l:::!::::ヽ}:|二‐-、_
/ {|::::l:::/::::::::::::∧/::::i:_:i::::T/::::|!::::::::::|:|:::::: ̄}  ̄`、
/ /:::j:|::::{〈::::::::::::/:::::ヽ:/从ヽ{:::::::::/|:::::::::ノ:}:::::::::::: ̄圦 \
ノ ):::::l::|:::乂ヽ::::/i\/:::{、ヽ '/}!:::/:::|::/:ノ::::::::::::::::::〈 丶 〉
//::::>゛:::/Xヽ{::!::::::ヾ:/..! j::l!:::::::::ノ!:イ{.`ヽ:::::::::::::::::::>/ {ヽ
/>'゙´i:::l:::::/.X.....Xl::!\:::/.......ー.i....l!::/:::|::l:|.X./.}:::::::::::/::::/::.\}
r‐_/z=三x{:::l:::圦.....X.ノリ::::/............ノ......l!::::::::::!:lj...X乂:::::::/:::::/::::/::::::::..-ヽ、 x..<´
==z..-―、 _.x<-‐′:::::::::::::::ヾ!ノ:j/77/i::i:∧......./...........ノ:::::::::!|::ヽ{ `、:::/::::/:::::::/x<:::::::::::/:::::::::_
:::::::::::::⌒ヽ≧≦:丶、::::::::::::::::::::::::::::::i}:::////::::l:::l:::::ヽ孑:⌒:ー:′:::::::j::l::::::{ }丶::::/::x<::::::::::::::::/⌒::: ̄:::::::
:::::::::::::::::::::::\:::::>x::`ヽ:::::::::::::::::::::i}:///,′:::l:::l:::z===z二z三⌒Y:::::l::::::iT::::::∨:/:::::::::::::::::::::ーァ――‐-:::::
:::::::::::::::::::::::::::::\:::::::::::::::::::::::::::::::::::乂.j.j.j:::::::::l::::l:::::::::::::::::: ̄::::::::::::::!:::::::l:::::l:|::::::/:::{:::::::::::::::::::::::::/::::::::::::::::::::::::
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投稿乙
とにもかくにもお疲れ様でした
投稿乙です
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