正直な目

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ドライアイスとペットボトル

主に夏の話題だが、子供がペットボトルにドライアイスを詰めて水を入れ、蓋をして遊んでたら事故になったという事をよく聞く。

固体の二酸化炭素であるドライアイス粉末に水を少量入れて固化させた固形ドライアイス。これを水に入れると昇華して二酸化炭素のガスが出る。

固体が気体になるのだから当然体積が増え、内圧が上がってペットボトルは爆発するわけだ。言ってみれば爆竹や爆弾と同じ原理だな。火中の栗と言っても良いかも。


昇華温度-79℃のドライアイスに比べて、さらに低温の液体窒素を用いたらどうなるだろう。沸騰を始めるのが-196℃の液体である。

大ざっぱに計算してみたら、どちらも気化するときの体積変化は約750〜780倍程度で、さほど差はない。

しかしながら実際にやってみると液体窒素の方が大きな威力を持っている。

やってみた動画がYoutubeに上がっていた。
HD動画なので全画面表示にするのがオススメ。
イギリスはプリマス大学の理工学部助教授であるロイ・ローリー博士の講義風景だ。



大学の公式動画が削除されたので、学生と思しき人がアップしたダイジェスト版を代替品としてあげておく。



残念ながら著作権侵害の申し立てがあったようで関連動画はすべて削除されている。文章による説明だけでカンベンな。

それと一番下に類似の実験をリンクしておいたので、それで我慢してくれ。


炭酸飲料用の丈夫なペットボトルにしたのは、爆発までの時間を稼いだり、その分爆発の威力を上げたり、超低温による材質の脆化を防ぐ意味もあるんだろう。1リットルボトルらしい。

そこに300mlくらいの液体窒素を流し込み、固く蓋をして、加熱剤として水を入れたポリバケツに入れる。さらに上から1500個のピンポン玉で蓋をしたものだ。

ローリーセンセは1500個のピンポン玉の打ち上げって言ってるみたいだ。w

派手に飛び散るピンポン玉も見事だが、底が割れたわけでもないのに空中高く舞い上がる水入りポリバケツもすごい。

ペットボトルの形状にもよるが、基本的に爆圧は球形に広がる。ピンポン球を噴き上げたのと同じ爆発力はポリバケツの底にも伝わり、その変形によってバケツそのものが飛び上がっているのだ。

同じ程度の体積変化なのに、ドライアイスと液体窒素の威力の差はどこから生まれるのだろうか。

それは気化する速度の差である。水の中に120℃に熱した鉄の塊と、250℃に熱したものを放り込んだ時その差は歴然、それと同じことが低温でも起こるのだ。

気化する速度の速さによって威力に差が出るのは、爆薬で比べてみると良く判るだろう。花火などに使われる黒色火薬の爆速はかなり幅があるが概ね1メートル毎秒ぐらいである。それに比べるとダイナマイトは4500メートル毎秒、プラスチック爆薬として有名なコンポジット4は8100メートル毎秒だ。

まあ、そうしたことを講義室でホワイトボードを前に教えるより、講堂でこうやって見せるのが一番いい。理科の実験ってやつはやっぱりわくわくする面白さがあるよな。

俺が学生の頃液体窒素を貰いに行ったら、容器の保証金が200円で、液体窒素1リットルは100円だったと思う。今はいくらぐらいなんだろうなぁ。

しかし、物性変化の実験に使っただけで、こういう面白いことができなかったのは残念だ。最初に教授からくぎを刺されていたし。

いずれにせよ、良い子の皆さんと悪い子のみなさんも真似はしないように。w

↓元動画が全部削除されているので、これは関連動画。
 20リットルの液体窒素に熱湯をぶち込むと言う楽しい実験だ。








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2015-09-29更新 



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