日記 コラム つぶやき

電気ポットはどのくらいのスピードで冷えるのか?(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 ここ最近の記事では新しく研究室に購入した電気ポットの話をしています。前回はポットからどれくらいの熱が逃げるかをポットが100℃から90℃まで冷える時間から見積もりました。

 さて、今回もその続きのお話ですが、はい、正直に言いましょう。前回の見積のやり方、伝熱工学(物を温めたり冷やしたりするための工学です)の教育を受けた人間から見れば、雑過ぎる、とお叱りをうけるやり方でした。私も伝熱工学は勉強したのですがね。(国井先生、ごめんなさい!)

 電気ポットを加熱する場合、電気のエネルギーが熱に変換されて強制的に一定のスピードでポットを温めます。しかしポットが冷える場合は、ポットの熱は周囲へと逃げてゆく。その逃げてゆく速さは周囲との温度差によって変わります。ポットの温度が高いほど熱は逃げやすい。ポットが冷えるにしたがって熱は逃げにくくなり、ポットが周りと同じ温度になってしまえば熱の移動はストップします。極端な話、室温の方が高ければ熱はポットに向かって逆流することになります。ポットから熱が逃げるスピードはポットの温度の関数になっていないとおかしいわけですね。

 さて、ポットの取説には沸いたお湯が冷えてポットの保温指定温度(90℃と70℃です。「マイコンポット」なので選択可能になっています。)に到達する時間も示されていました。これを利用してポットの温度の関数として熱の逃げる速度を定量化してみましょう。

 具体的には前回の記事の写真を参照してもらうとして、取説の記述は「沸騰した水( 100 ℃ )が 90 ℃ まで冷えるのにかかる時間は約 35 分」そして「 70 ℃ まで冷えるのにかかる時間は約2時間40分( 160 分 )」となっています。この図では室温は 23 ℃ とのことですから、ポットのお湯と部屋の空気との温度差に比例して熱が逃げると仮定すると(詳細は省きますが)「お湯の温度ー室温」と「経過時間」の間には指数関数の関係があると期待できます。

 指数関数の関係を確認するためには縦軸を対数軸とした片対数プロットをとって、直線になるかを確認すればよい。(これも詳細は省きます。)ということでグラフ化したのが以下の図。なかなかよい直線性が示されました。  

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電気ポットの保温機能(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 最近の新しく研究室に購入した電気ポットの話をしています。最初の記事はポットを買った経緯について。二回目の記事ではポットの加熱に必要な時間について検討しました。水の比熱からポットでお湯を沸騰させるために必要な時間を計算してみたのですが、実はポットの取説にその数字が載っていた(下の図。再掲しました。)、というお話。三回目ではこの数値を使ってポットのお湯を 90 ℃から 98 ℃に加熱し直す時間を計算しました。

 さて、ポットの見かけの熱容量を水 1.3 L 分だと見積もりることができたので、今回はこのポットの保温機能について検討してみましょう。表をみると沸騰して 100 ℃になったお湯が 90 ℃まで冷えるのにかかる時間が約35分だと書いてあります。100 ℃と 90 ℃の水(+ポット本体)の持つ熱量が約35分で外部に逃げる、ということですからこの数値を使って熱の逃げる速度を計算することができます。

 ポットに入っている水が 3 L、そしてポット自体も加熱される効果が 1.3 L分追加。これが 10 ℃ 温度上昇するのに必要な熱量を求めましょう。

(3×103 + 1.3×103 )× 4.2 × 10 = 1.806×105

約180kJとなりました。

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電気ポット(3L、700W)の温度を設定し直したとき(90℃→98℃)何分で設定温度に到達するか(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 前回前々回と新しく研究室に購入した電気ポットの話をしています。最初の記事はポットを買った経緯について。二回目の記事ではポットの加熱に必要な時間について検討しました。水の比熱からポットでお湯を沸騰させるために必要な時間を計算してみたのですが、実はポットの取説にその数字が載っていた(下の図。再掲しました。)、というお話。

 水の比熱とポットの消費電力だけから計算した「お湯が沸く(沸騰する)時間」は21分。取説の数字、33分よりかなり短く計算されています。これは「ポット本体も水と一緒に温められ」ることが原因だと考えて、ポットの見かけの熱容量を水 1.3 L 分だと見積もりました。

 さて、いろいろ計算したのでこの数字を利用してみましょう。新しいポットは「マイコン電気ポット」なので 98 ℃、90 ℃、70 ℃の三つの温度が設定可能です。普通にインスタントコーヒーなどに使うなら、まあ 90 ℃でOKでしょうか。(ポットの初期設定値も90 ℃ですし。)でも、せっかく選択できるのですから、そうですねえ、カップ麺をつくるときには 98 ℃にしてみましょう。

 では「90 ℃で保温しているポットの設定温度を 98 ℃ に変えたとき、何分待てばお湯の温度は上がるのか」という問題について考えていきましょう。

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電気ポット(3L、700W)でお湯を沸かすのに何分かかるか(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 前回の記事で書きましたが研究室の電気ポットを新しくしました。新しいポット、いままで使っていたものと同じサイズを選んだので容量は 3 L 、電力は 700 W でした。

 さて、このポットでお湯を沸かすのにどのくらいの時間がかかるのだろうか。これは計算してみましょう。

 まず前提として水の最初の温度は 20 ℃ としましょう。それを加熱して 90 ℃ にすることにします。 70 ℃ の温度上昇ですね。

 水は満水で 3 L とします。重量にすれば 3 kg になります。水の比熱は 1 cal/(℃g) です。まあこれはカロリー( cal )の定義ですね。W に関連付けるなら SI に直して 4.2 J/(℃g) 。ここで 4.2 は熱の仕事当量です。

 まず、水をお湯に加熱するために必要なエネルギーを計算しましょう。

3×103 × 4.2 × 70 = 8.82×105

だいたい 900 kJ ですね。700 W でこれだけのエネルギーを供給するために必要な時間は

8.82×105 / 700 = 1.26×103

です。この値の単位は秒なので分に直すと 21 分 になります。

 もっともこの計算には問題もあります。まず、水が温められているとき、ポット本体も水と一緒に温められますからそちらにも熱が取られてしまいますね。それに電気ポットが温まって周囲よりも温度が高くなれば、こんどはポットの周りの空気に向かって熱が逃げてゆくことになります。そう考えるとざっと30分くらいで温まる、という見当でしょうか。

 と、ここまで書いたところで気が付いたんですよね。取説に以下の情報が載っていることに。

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電気ポットを買いかえた話(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 このブログを読んでいるあなたがもし高校生なら「教室に電気ポットなんて必要なんですか?」という疑問を持つかも知れませんね。大学にも高校と同様に授業を行う教室はあって、そこには電気ポットなんてありません。でも今回の電気ポットは研究室用のもの。研究室では授業よりもずっと長い時間を過ごすことになるのでお茶やコーヒーを飲んだりカップ麺を食べたり、お湯が欲しい場面がそれなりにあるのです。

 本学に着任して自分の研究室が決まったとき、ちょうど退任される先生から電気ポットを譲ってもらいました。ところがしばらくすると給湯用のモーターの駆動ボタンが壊れて使えなくなってしまったのです。

 お湯を沸かす、という電気ポット本来の機能には問題は無かったのですが、スイッチ一個の故障でもうお湯を使うことはできません。うーん、複雑なシステムは故障に対して脆弱だなあ、と思って今度は電動式ではないエアポンプ式の電気ポットに買い換えました。

 と、いうのが約10年前のお話。で、今回は何とそのエアポンプ式の電気ポットも故障してしまったのです。

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卒業研究発表会の反省会(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 卒論発表会が先週の木金、そして金曜の夕方には判定会議が行われました。これで卒業研究は終了と思う人も居るかも知れませんが、そういうわけではありません。卒論発表会では質疑応答がありました。なので、その質疑を反映させたものが正式な卒業論文となるのです。

 実際、卒業論文提出日に出してもらった論文は「審査用」と表紙に明記されています。つまり、審査の結果を受けて修正した最終版を別途提出することが最初から予定されているのですね。

 さて、タイトルの「反省会」ですが、これは別に応用化学科のイベントではありません。発表会の質疑を受けて対応を検討する会を私が勝手にこう呼んでいるだけです。一人一人の学生さんと、どんな質問があったか、何と答えたか、そして本当だったらどう答えるべきだったか(巧く答えられない人も多いものです)を検討してゆきます。

 質疑応答を卒論に付記するのはもちろん、卒論を部分的に修正する。データを整理し直して表やグラフを作り直す。場合によっては実験を追加するのなど、それぞれのケースに応じていろいろな対応があります。

 

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「世界が良くなっている事を示す すごい 映像」に字幕が付いていた(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 先日の「世界が良くなっている事を示す すごい 映像」という記事、実は昔の記事の採録だったのです。初出(というほどでもないですが)は2015年5月29日のこちらの記事。古い記事なのでアクセスしにくくなっているかと思っての採録で、もちろん、内容は古くなっていないと考えてのことです。

 とはいえ、全く同じというわけにはいきません。この約10年間の間に変更が必要な部分もありました。それは

この すごい 映像を、ぜひ一度見てみてください。音声は英語で字幕もありませんが、聞き取りやすい英語での平易な説明、それと圧倒的な映像の力でこの200年に世界の人々がどれほどrichに、healthierになっていったか、が誰にでも分かるように表現されていると思います。

という部分。いや、「聞き取りやすい英語での平易な説明」はそのままですし「圧倒的な映像の力」も全く古びてはいません。それに「音声は英語で」まではOK。でも「字幕もありませんが」が違っているのですね。

 件の記事を採録する前にもう一度見直したところ、なんか字幕がついている。どうやら「スペイン語」の字幕なのだが……なんでスペイン語?

 よくわかりませんが、画面に出ている歯車のアイコンをいじってみると、スペイン語からの自動翻訳で日本語の字幕も出力できるようです。これなら英語が苦手な人にもお勧めし易いですね。

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午前10時の映画祭で「妖星ゴラス」を観た(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 午前10時の映画祭については先の記事でも紹介しました。これは名作映画を再上映するという企画で、その一つとして「妖星ゴラス」が劇場公開される、とのこと。私はこの「妖星ゴラス」という映画が大好きなので、以前に書いた「妖星ゴラス」の感想を再掲しつつ紹介したという次第です。

 さて、新年に入って早々、1月3日に上映開始となった「妖星ゴラス」を観てきた、というのが今回の内容です。

 映画「妖星ゴラス」の内容は前回紹介した通り、外宇宙から太陽系に侵入してきた天体「ゴラス」が地球と衝突する軌道にあることが分かる、というストーリー。ゴラスの質量は地球の6000倍もあり、衝突すれば地球は消滅。計算上もっとも離れた軌道を通過した場合でも水や空気をゴラスに奪われ、当然人類は滅亡するというのです。

 私が今回、とくに気になったシーンについて紹介しましょう。

 「ゴラス」との衝突から地球と人類を守るために活動を開始した科学者たち。かれらは自分達の働きかけに対して腰の重い政治家や役人達にもどかしい思いをつのらせています。そんななか、官庁巡りから帰るタクシーの中で、かれらは運転手とこんな会話をするのです。

時に運転手さん、あんた方はゴラスが来たらどうするね。

ゴラス、ああ、流れ星のことですか。なーに、お客さん。星が衝突するなんて話は大昔から何回もあってさ、まだ一度だってぶつかった試しはねえんでさ。

しかし、新聞やラジオでは…

ありゃ騒ぐのが商売ですよ。

世界中の学者が心配しているんだよ。

そりゃ、学者の理屈から割り出すと衝突することになるんでしょうがね。そう理屈通りには行きやせんよ。また、行ってもらっちゃ困りますがね。

さて、このシーンのタクシー運転手は「地球に危機が迫っているという状況に対して、無関心な一般市民」の代表として描かれていることは明かでしょう。実際、この後「人間はいつの時代にもただ目先のことに追われて生きてくようにできているらしいね。」というセリフが続きます。

 以前、この映画を観た私、特に最初にTV放映でみた小学生くらいの私は、まさに制作者の意図通りにこのタクシー運転手の態度に憤ったものでした。それに対して危機を正しく認識して人類のために努力する科学者達の崇高さを見よ、といったところでしょうか。

 しかし、今見直してみると少し違った印象をもつのです。何というか、このタクシーの運転手さんの常識に基づいた考え方にある種の「知恵」とでもいうべきものを感じるのです。

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(映画「妖星ゴラス」のタクシー運転手との会話のシーン。運転手さんが実に良い味を出しています。)

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面白い話をする人は同じ話を何回もする(できる)人だ、ということ(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

「面白い話をする人」にあなたは出会ったことがあるでしょうか。いえ、別に漫才師や落語家のことではありません。身近に接する人、いえ、身近ではなくても知り合いの中にも、話をしていて楽しい人はたくさんいるでしょう。でも私がここで「面白い話をする人」と呼んでいるのは、会話の中で少しまとまったお話、起承転結やオチがしっかりついている話をしてくれる人のことです。

 私が大学院の修士課程に入ったときの教授が、まさにこの「面白い話をする人」でした。「面白い」といっても単なる笑い話だけではありません。(いや、それも多かったかもしれませんが。)先生自らが実験した興味深い現象の話、論文で読んだ注目すべき概念、有名な科学者に会って話を聞いてもらったときの印象など、研究に関する話題も含めた「面白い話」でした。

 先生は当時、国立の研究所に所属し、大学は兼任でした。週1日か2日の出勤だったと記憶しています。本来、私たちのような修士の1、2年生が気軽に話を聞けるような方ではなかったのですが、大学にいる間には空き時間ができやすかったのでしょう。その時間を利用して、私たちにいろいろな「面白い話」をしてくれたのでした。

 さて、物怖じしないと言うか、血気盛んと言いますか。もっとはっきり「生意気」と形容すべきか。当時の私たちは先生を囲んでたくさんの「面白い話」を聞かせてもらっておきながら、こんなことを言うようになってきたのです。

「あっ、先生、その話、前にもしてますよ!」

「えっ、参ったなあ」と先生は笑っていたのですが、今にして思うと……。

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スマホをアップデートしただけなのに(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 私のスマホは iPhone で Apple社の製品です。でも Mac 遣いではないので iPhone のコンテンツ管理は Windows 版の iTunes で行っています。忘れもしません。先週の木曜日の夜、iTunes のライブラリと iPhone の同期を行ったら iOS の新しいバージョンがあるというお知らせが。何の気なしにアップデートを開始してそのまま寝てしまったのですが……。

 さて、翌日の金曜日の朝に様子をみると、まず iPhone のアップデートの途中で止まってしまったらしい。おまけに Window 上の iTunes はなぜか終了した状態になっているのです。

これは不味いのでは。

いやな予感はしたのですよね。しばらく様子をみても変化ない。しかたなくネットで iPhone の強制終了の方法を調べ、終了から再起動させたのですが、画面にコネクターをつなげというメッセージが出る。Windows パソコンにつなぐと iTunes から「修復」というオプションが示されるのですが、この作業の途中で iTunes が終了してしまうのです。iPhone の方も停止状態で、それ以上進まない。iPhone と Windows PC の再起動を複数回試したものの状況に変化無しでした。iTunes の代わりに Apple デバイスアプリ というソフトも試してみたのですが、結局のところ進展はありませんでした。

 これが金曜日の状況。これはどうやら手に負えない。見切りを付けてApple 製品の修理ができる店を探して予約をとることに。土曜日には用事があったので日曜日の予約の空きがあり、比較的交通の便が良い渋谷のアップルストアに予約を取ることができました。

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