真空中での水の質量

>>と・とんだぞ？飛ぶ理屈は解明されているのかがとっても気になります

冷静に考えればいいわけで
真空になった液体は四方八方に蒸発していくわけで
上に氷のふたができれば下にたまった水蒸気は膨らんでああなります


私の知ってる実験では爆発します

と・とんだぞ？飛ぶ理屈は解明されているのかがとっても気になりますto虎さん

なぁ～るほどマジックのように種が分かると何だかな。でもありがとう。ふふふ

通常は
真空ポンプの前にコールドトラップを置いて水蒸気を除去します。

なので問題は
真空ポンプの水処理能力ではなくて
コールドトラップの能力と有効温度です。

　
＞マイティジャックに出てきた熱い氷そのものじゃん？

大ヒットしたＳＦ小説の
カート・ヴォネガット（カート・ヴォネガット・ジュニア）作
「猫のゆりかご」に出てくる「アイスナイン」が原アイディアですよ。
と一応主張しておこうｗ
放映が早川書房の日本語訳本より早いので多分原語で読んだんでしょうね。

　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%8C%AB%E3%81%AE%E3%82%86%E3%82%8A%E3%81%8B%E3%81%94
　

小生は真空技術の専門家ではないが、真空装置を扱うことがある技術者にとっては、頭の体操として良い課題だと思うと。

小生の考えでは、検討項目は次の通り。
1)水の蒸気圧
この真空度で25Cの水が蒸発するのかどうかの確認。25Cの水の蒸気圧は3200Pa。能力67Paのポンプなら最終的には水は全て蒸発する。

2)真空ポンプの水処理量
回答(3)のように空気の排気速度よりもずっと遅いので、ポンプの排気能力値は参考にならない。ポンプの水処理量の確認が必要。多分L/Hで表示されている。この値から100CCの水の処理時間が判る。

3)蒸発速度
回答(5)のように、例えば水の表面積が小さければ2)の処理速度よりも遅くなる。回答(8)のように真空容器容積も影響する。

4)蒸発熱
回答(1)(2)のように急激に減圧すると蒸発熱で水の温度が下がり凍りそう。ゆっくり排気していけば周囲からの熱伝導で凍らない。

3)4)は装置条件により異なるので、最終的には試してみないと判らない。10分間と言う短時間を考えるのなら、回答(8)のように67Paにする手順も重要。

水の気化熱は2300J/g、比熱は4.2J/gK。
これより常温の水を0Cまで冷却するには、水の5%が蒸発すれば良い。

回答(10)の参考動画のビーカーは50cc、入れてある水の量は5cc程度。真空ポンプは小型で、排気能力10L/min、水蒸気処理量5g/H(0.08g/min)程度と推測。
5gの5%、0.3gの水蒸気を排気するに要する時間は4分。

でも凍結するのに20分を要している。なぜだろう。着色剤による凝固点降下か、水の温度不均一か、ビーカーからの熱流入か。

一方、質問はなぜ「10分間」と限定しているのであろうか。

昔、真空熱処理炉で実験している時、いくら待っても真空度がある程度以上あがらない時があった(真空度は覚えていない)。炉を開けてみたら炉底に水が溜まっていた(水が入った原因は覚えていない)。

25Cでの水の蒸気圧は3200Pa、0Cでの氷の蒸気圧は500Paだから、炉内圧力を見ていれば水のままなのか氷になったのかが判るはず。

回答(10)動画では容器内圧力が表示されていない。これでは科学実験とは言えない。

前出の先生方がどなたも問題にしてないのですが
真空容器の容量は？
１７０Ｌ？
それとも１００ｃｃ？

１００ｃｃの真空容器に１００ｃｃの水を入れたら？
果たして期待通り蒸発するか？

１７０Ｌの真空容器に１００ｃｃの水をいれたら？
瞬時に１気圧の水蒸気になるか？
それとも回答（２）さんの説の通り
有る程度の量の氷と１気圧未満の水蒸気になるか？

１７００Ｌとか１７０００Ｌとかなら？


真空ポンプは考慮する必要はないでしょう
それとも１００ｃｃの水を一気に投入するのではなくて
真空ポンプの排気速度に追従可能な流量で水を入れるの？

具体的には約１ｃｃ／ｍｉｎ程度の流量で液体の水を投入するの？

１気圧の真空容器に１００ｃｃの水を入れておいてから真空ポンプで引くのか？

なあぁんだ回答（１０）さんので正解なんだ

そんな事よりも
マイティジャックに出てきた熱い氷そのものじゃん？
http://www.mightyjack.info/collection/mj-dvd-vol03.html
その特殊な環境条件でのみ氷として存在できると思ってたが
なんと常温常圧状態に戻しても氷として存在してるじゃああぁりませんか？


新種の「熱い氷」
http://www.okayama-u.ac.jp/tp/release/release_id184.html