【自然冷媒 「水」 のエアコンを創る】

地球温暖化防止、消費電力も半分以下になる、水を使ったエアコンを開発しています。

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2007/11/06初版、2009/1/23修正04
    気体には遠心力が働かない!!
このことも水エアコンを実現させるための重要な要素の一つなのですが、気体がインペラの 回転する羽根の「遠心力」によって押し付けられ圧縮するように思いますが、実はそうではないことを、私の今までの実験の結果と分子の動きのCGで説明してゆきたいと思います。
                 大自然を見ると
イメージ 1 地球の大気は地球表面に重力で捉えられており、日本の緯度で   自転速度は時速1400kmありますが、遠心力で
大気が宇宙に吹き飛ばされる事はありません。
台風で猛烈な回転風が発生して中心部では一割程度気圧は下がり ますが、空気が高速で回転しても、その遠心力で
台風の中心部の空気が無くなる事もありません。

このように気体に働く遠心力は重力や気圧差よりもはるかに小さい力なのです。

              よくある錯覚と先入観
イメージ 2左の図は、固体や液体が羽根による遠心力で移動する   イメージ図ですが、日常、見慣れているだけに、
「気体分子にも同じように遠心力が働く」と多くの人が陥り易い先入観ではないかと思います。
気体でも高分子のものならある程度質量があるので固体や液体と似た動きをしたり、考えられないような高速で回転させれば図のイメージになるかも知れません。
しかし先ほどの台風の例と同じように、
気体が外側に押し付けられるようなことは絶対にありません。
イメージ 3よく錯覚される例に遠心分離機があります。左の図は、   3種類の混合気体を遠心分離機風に回転させて分離して  ゆくのを模擬的に表した様子ですが、これは
遠心力で 圧縮 しているわけではなく
分子の質量の違いによる遠心力の差で、
単に分離 濃縮しているだけなのです。
水と油が比重の違いで重力に差が出て分離するのと同じです。

このように実際に圧縮しているように見えても、遠心力で液体や固体、ましてや気体においても体積を縮めるほど圧縮力は発生できません。
(一般によく話題になる「重力加速度が10G」といっても、例えば1kgg(正立方体)の鉄でも水の塊でも上に10個重ねてもほとんど圧縮することは出来ません。何トンと言う圧力をかけて初めて「測定」できるぐらいの体積圧縮になります。 遠心力が「凄まじい力」と言うのは人間の感覚的なものでしかありません。)


               分子運動から見ると
イメージ 4密閉された箱の中の分子の動きイメージすると左のような 図になります。
実際にはもっと分子の密度が高くて、分子が飛びまわれる 距離「分子間平均自由行程」はごく短く、人為的な最高度の真空でも角砂糖の体積の中に300万個以上の分子があり、 水蒸気では常温で秒速400m以上にもなる猛烈な速度で飛び回っています。


イメージ 5この箱を回転させても中の分子は外側の壁にへばりつくことはありません。
凄まじい高速で回転させても分子が偏って密度が高くなることはないのです!!
箱の形によっては、内部で一定方向に流れが出来る事があっても、分子間の平均距離が縮まる事は無いのです。
回転している箱の中の分子は、左上図の箱の中の分子と同じ動きをしています。


イメージ 6遠心力は壁から作用しますが、これが一種類の気体のみの場合に、仮に左図のような真ん中に遠心力の壁が出来て、
 
左半分に分子を押し付け右半分に分子の無い状態が一瞬 でも出来たとしても、元々壁など無いので気体分子は秒速400m以上のスピードで空白状態になったところに飛んで 行き、箱内の
 分子密度を均一化してしまいます。


つまり、密閉容器内では「内壁」と、重力で体積を維持している場合は「対象容積外の気体分子」との、「衝突」によって発生する各気体分子との「相対速度」によって、「拡散」してしまうのです。

   液体、固体ならインペラの回転と共に外側円周に押し付けられる
      遠心力の作用が、気体には働かない・・・・
   これは簡単に言うと各分子が勝手な方向に進んでいるために、
        質量の小さい分子に作用する遠心力よりも
           分子同士や壁との衝突により
    拡散する確率の方がはるかに高い!!
            為なのです。そしてこの事実は、
   水蒸気を圧縮するには、遠心力では圧縮できない!!
            と言う事でもあるのです。


この、「気体には遠心力が働かない」と言う言葉の本質は、「質量のあるものには遠心力や慣性力が働く」ことを踏まえた上で、質量の小さい気体分子に働く遠心力は微々たるものであって、物理学で「摩擦」の作用を原理的には無視するのと同じように、遠心力も気体の動きに関して無視してよい程度の力であると言う意味で使っている事をご容赦下さい。

           気体分子単体には「慣性力」が働いても、
     「気体」全体には「慣性力」は働かない!と言うことでもあります。







この自然冷媒である「水冷媒」を使った「水エアコン」、または新開発の「ターボインペラ」に   関しての、お問い合せ、ご意見、共同開発、技術提携などがありましたら           info@pid.co.jp またはchallengeyu@yahoo.co.jp までお願いします。
イメージ 7

この記事は以前に投稿した【 気体分子運動 】書庫の中の記事を、順次内容を修正、 加筆して「仕上げ」ながら再投稿しています。前回分のこの記事には暖かい励ましやご意見のコメントを頂きありがとうございました。 今後とも宜しくお願いします。m<(_ _)>m


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おはようございます。
思い込み、勘違い、先入観が進歩を邪魔する??
凸凹

2010/8/6(金) 午前 9:02 Jhon-J 返信する

Jhon-Jさん、おはようございます。Wポチ凹ありがとうございます。

おっしゃる通り!!とんでもない方向へ行ってしまいます。。。。(^_^;)
今回の釣り行きは終了ですか?
そこそこ楽しめて「課題」もできたようで来年が楽しみです。(*^_^*)

2010/8/6(金) 午前 11:32 ゆーさん 返信する

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