理系にゅーす

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お湯

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1: 2014/06/27(金) 17:03:14.14 ID:???.net
東北大学大学院農学研究科は、生ゴミを原料にして作られたバイオガスによってお湯を沸かし、観光客などにお茶を提供するカフェをオープンさせる。

このカフェは、東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクトの一つである「温泉熱を活用した生ごみからのバイオマスエネルギー生産」の研究をベースに作られたもので、7月1日にオープンする。

お金の代わりに弁当箱程度の生ゴミをお客さんに提供してもらい、その生ゴミ内で嫌気性微生物がバイオガスを生み出す仕組みとなっている。また、作物栽培に必要な液肥も生成されるため、これを無料で提供する。

同研究科は、バイオマスエネルギーや温泉熱エネルギーを楽しみながら体感できるスポットとして、
環境教育や地域活性化に繋がることを期待しているという。
http://www.zaikei.co.jp/article/20140627/201290.html

【画像】
東北大学大学院農学研究科が7月1日にオープンするカフェの外観。
生ゴミを原料にして作られたバイオガスによってお湯を沸かし、観光客などにお茶を提供する
http://www.zaikei.co.jp/files/general/2014062715430970big.jpg

生ゴミがお茶に!鳴子・温泉メタンカフェ"ene・cafe METHANE"オープン(東北大学プレスリリース)
https://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press_20140625_01web.pdf

引用元: 【バイオガス】東北大、生ゴミから出るエネルギーでお茶を沸かすカフェをオープン

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1: sin+sinφ ★ 2013/11/05(火) 05:15:31.63 ID:???

冷たい水と湯気の立ち上るお湯の両方を冷凍庫に入れると、お湯のほうが早く凍結する…
一見すると何かの勘違いなのではないかとも思われるこの現象は、再発見者の名前をとってムペンバ効果と呼ばれています。
このムペンバ効果、科学研究の対象とみなされ始めたのはごく最近ですが、経験的には千年以上も前から知られていたもので、古くはアリストテレスも著書 “Μετεωρολογικ?ν(Metereology,気象学)”
でこの事に関する記述を残しています。

今回、シンガポールにある南陽工科大学のXi Zhang氏らは、この不可思議なムペンバ効果が、水分子間に働く水素結合によるものだとする結果を、論文投稿サイト “arXiv(アーカイブ)” に公開しました。

水素結合というのは、ある水分子の中の水素原子と、別の水分子の酸素原子の間で働く化学的な結合です。
2つの分子の距離が十分に遠い状態ではこのような繋がりは発生しませんが、互いの距離が縮まってゆくと、徐々に強い相互作用を示すようになります。 
この水素結合、水の物性に大きな影響を与えることで知られています。
例えば、液体の温度を下げて固体にさせると、物理的には体積が減少するはずなのですが、氷では水よりも体積が大きくなります。
また、水の密度はまだ液体状態にある4℃で最大になる(=氷よりもギュッと詰まっている)ことが知られていますが、
これもまた他の物質にはほとんど見られない現象で、水素結合の影響によるものとされています。

Xia氏らの説明は、以下のとおり。
水の温度が上昇すると、水分子同士の距離が徐々に開いて水素結合の距離は広がってゆき、これに伴って共有結合(上図のH-O間の実線部分)の距離が縮まることで、結合エネルギーが増加してゆきます。
ここから温度をどんどんと下げてゆくと、分子同士の距離は徐々に縮まってゆくのですが、同時に共有結合の距離も徐々に広がってゆきます。

こうなると温度が高い時に共有結合に保存されたエネルギーは放出されることになるのですが、この時のエネルギー放出に伴う温度低下が、伝導や放射といった温度低下プロセスに上乗せされることで、冷却が加速されるとのことです。
実際にXia氏らは、この温水の水分子に貯えられた「追加分」のエネルギーによる冷却効果を計算したところ、
実験で得られた冷水に対する温水の冷却効率の差分に相当していることを確認したとしています。

arXivは査読や審査のないプレプリントの論文のみを扱うサイトであるため、この結果が “真に” 学術的に認められたものであるかは(現時点では)議論が残るところですが、(データを真とするならば)論理的には筋が通っているように感じます。
いずれにせよ、こうした身近な現象が未だに謎の残るテーマとして扱われているというのは何とも興味深いことですね。

ソース:お湯が水よりも早く凍る、その仕組みが明らかに /ガジェット速報
http://ggsoku.com/tech/mechanism-of-mpemba-effect-revealed/

イメージ:
ムペンバ効果の一例。0℃に達するのは水(青線)の方が早いが、凍結が始まるのはお湯(赤線)のほうが早い。
c0b45aa1.jpg

http://ggsoku.com/wp-content/uploads/mpemba-effect-00.jpg
図中の “O” と “H” の間の点線が水素結合。
16

http://ggsoku.com/wp-content/uploads/hydrogen-bonding.jpg
初期温度に対する緩和時間と、緩和時間に対する必要エネルギー。arXivより引用。
d2163654.png

http://ggsoku.com/wp-content/uploads/Mpemba-effect-01.png

以上。一部割愛。

参考:大槻先生はムペンバ効果に懐疑的だったようです。。
2008年7月 第2回 【ムペンバ効果】 /大槻義彦のページ(ムペンバ効果に否定的です)
http://ohtsuki-yoshihiko.cocolog-nifty.com/blog/2008/07/72_2893.html



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1: サッカーボールキック(チベット自治区) 2013/10/27(日) 23:07:28.29 ID:mI90LllQ0 BE:638207093-PLT(12017) ポイント特典

http://www.gizmodo.jp/2013/10/100_44.html

100年間も謎だった! ヤカンでお湯を沸かした時のピー音の仕組みが解明されました
2013.10.27 22:00
ac064b03.jpg

http://www.gizmodo.jp/upload_files2/131025yakan.jpg

僕は最近はもっぱら電気ケトルばかり使っっちゃうんですけど…。

英ケンブリッジ大学のロス・ヘンリーウッドさんとアヌラーグ・アガルワルさんにより、100年来謎だったヤカンがピーピー鳴る仕組みを解明されました。科学専門誌「Physics of Fluids」に「The aeroacoustics of a steam kettle(蒸気ケトルの空力音響)」として掲載されています。

2人は噴出口を通って出る蒸気の流れから、ヤカンの中でどのように音が発生するのかを研究し、ドライヤーのようにただ音を出すのでなく、ピーピーと音を立てるメカニズムを突き止めました。
http://www.gizmodo.jp/upload_files2/131025_kettle1.jpg

通常ヤカンの注ぎ口部分に付いている笛は、2つの中央に穴が開いた金属プレートが重なり合って空洞を成しています。2人はそれらの金属プレートを使って、ヤカンと似たメカニズムを作って実験し、様々な空気のスピードとどのように音が鳴るかを記録していきました。
http://www.gizmodo.jp/upload_files2/131025_kettle2.jpg

その結果、お湯が沸騰して蒸気が生まれ、注ぎ口の内側で空気が振動することで音が発生することがわかりました。そしてその蒸気の速さが一定のスピードを超え、1つ目のプレートの穴を通ると小さなジェットが発生します。

その後、そのジェットに従って音波が大きくなり、2つ目のプレートの穴を通ろうとすると渦上のジェットになり、それが外に広がって出て行くことで、私たちに聞こえる高い「ピーピー」という音がすると判明しました。

また2人は「なぜ高い音が鳴るのか?」ということを説明するためにパイプオルガンやフルートを用いました。そして注ぎ口が長い程、より低い音が出ることも分かっているようですよ。注ぎ口の長さで音を出し分けて演奏、ということも出来るのでしょうか?



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