暑さ対策と寒さ対策を、科学の見方で
「極寒では、毛布と布団を重ねる順番は、どれがいい」とか、「打ち水すると涼しくなるけど、嬉しいのは自分たちだけ」とか、疑問があります。
テレビの情報番組では「理由はどうでもいいから、答えを教えて」に応える内容が放送されます。
アドバイスに従うのは手軽であるものの、鵜呑みにして従うと「怪しい商法」に騙される気分になるから、理屈を知りたい気持ちもあります。
日常生活に応用できる科学的な話をします。
科学の授業ではないので、日常生活に役立ちそうな範囲だけにします。
科学に詳しくなくても読めるように、科学的な厳密な用語より、日常生活で理解できる言い方にしています。
その他、本題に関連する余談もご用意しましたので、お楽しみください。
○ ここで話題にする科学は？
○ 打ち水の効果の気化熱とは？
○ 温かい空気は飛んでく
○ 触ると熱い、触ると冷たい
○ 虹の両端の色の外側
○ 暑そうに見えるけど涼しい衣服？
○ 科学の理屈の合わせ技で、ややこしい
○ 蒸発の余談
○ 熱伝導の余談
○ もう溶けないの余談
○ 疑問はまだまだ
○ 簡単で本当に効果がありそうな暑さ対策と寒さ対策のジョーク
▼ ○ ここで話題にする科学は？
学校の理科の授業で習ったらしいけど、忘れている用語を使いますが、安心してください。ここでは、「用語を知っている人なら思い出せるから便利」「用語を覚えなくても意味が分かる」という用途です。
物質の三態の変化
熱の伝わり方の３要素
この用語を知っている人は、思い出すきっかけになり便利だと思います。
この用語を知らない人は、読み進めながら「へえ、そんな用語なのか」ですが、後になって「用語は忘れたが、こういう理屈」だけで大丈夫です。
それぞれの科学的な理屈はわかっても、それらが一緒になると、ややこしくなりますね。
日常生活で役立ちそうな範囲に留めます。そのため「物質の三態」の話題の中で「プラズマ」には言及しません。ですから、「それだけでは説明不足だ」というのは、勘弁してください。
▼ ○ 打ち水の効果の気化熱とは？
ここでは「物質の三態の変化」の話です。
水は、低温では氷になり、高温なら水蒸気になります。水だけでなく、「固体、液体、気体」の変化をするものはたくさんあります。
水が水蒸気になるのは、高温とは限りません。液体の水が、空気に溶け込む気体になることは日常的にあり、これが「乾く」です。
洗濯物を乾かすには、乾燥機を使わずとも、干しておけばいいですね。
水が気体の水蒸気になると、見えなくなります。霧は水滴という液体なので、透明だけれど見えます。
水蒸気は見えないので、「大量の水蒸気が見えます」というのは、誤った表現です。
猛暑で打ち水をすると涼しくなる理由は、２つあります。
１つは、水が低温だから冷える。
もう１つは、気化熱が奪われるから。
この「気化熱が奪われる」というのは、「状態が変わると、熱を、隠し持ったり披露する（放出する）」ことです。
気温が３０度で、水も３０度。水が蒸発しても３０度です。しかし、３０度の水蒸気は「熱を隠し持っている」です。状態が違うと、隠し持つ熱も違うのです。
３０度の水蒸気が隠し持っている熱は、周囲から奪います。打ち水で地面が乾く時、地面の熱が水蒸気に奪われるから、地面が少し冷えます。これが、打ち水で地面が冷える理由です。
固体の氷が、融けて水になる時も同じで、これは「融解熱」と呼びます。
打ち水で地面が冷えるのは嬉しいのですが、風でどこかに飛んで行った水蒸気は、どうなるのでしょう？
気体の水蒸気が、液体の水になるのは「結露」です。結露の時、水蒸気は隠し持っていた熱を披露します。
冷水の入ったコップの外側に、水滴が付くのは、空気中の水蒸気が結露して熱を披露するので、コップの温度がほんの少しだけ上がります。
打ち水の水蒸気は、風で飛んで行き、水蒸気が結露した場所では熱が披露されます。
ということは、打ち水した場所は冷えて、打ち水の水蒸気が飛んで行った先は蒸し暑くなります。
気化熱を利用すれば、濡らした布を振って、速く水を蒸発させて、冷えた状態で体に当てると、暑さ対策になります。
極寒の地で、バケツ一杯の熱湯を一気にぶち撒くと、氷の粒ができる現象は、気化熱を利用したのかも。熱湯なので素早く蒸発し、空気をもっと冷やし、蒸発が遅れた水滴が氷の粒になるのかも。
この現象は「ムペンバ効果」と呼ばれるらしい。テレビで「科学者」が、この動画を見て「フェイク画像だ。水よりお湯の方が、冷えるのに時間が掛かるのは当たり前。お湯なら瞬時に凍るのは、あり得ない」と言っていました。
▼ ○ 温かい空気は飛んでく
ここでは「熱の伝わり方の３要素」のうち「対流」の話です。
暑い時に風を受けると涼しい、寒い時に重ね着すると温かい。当たり前のことで、これは「対流」です。
暑い部屋、室温が３０度で、体温が３６度。皮膚の近くの空気は３６度に近く、風が当たると「３６度の空気は、どこかに飛んで行けぇ」となり、室温の３０度の空気が皮膚に当たり、涼しい。当たり前ですね。
外出時にハンディファン（手持ち扇風機）を使うと涼しいのですが、気温が体温より高いと、効果が薄い（効果が無い）と言われます。汗が蒸発する気化熱の効果もありますが、熱風が当たるためです。
体温より熱い空気は、当たっても涼しくありません。極端な例では、黒ビールの製造は「熱風で焦がす」方法もあるそうです。たかが空気でも、「高温ならば、ものを焦がす」のです。
寒い部屋、室温が１０度で、体温が３６度。寒い時に重ね着すると、皮膚の近くの空気は、風が当たっても飛んで行かない。だから寒さを防げる。
ということは、目の粗いセーターの上に、空気を通さないシートがあると、体温に近い温度の空気を保持して、保温できます。逆に、シートの上に目の粗いセーターを重ねても、セーターの目の間の空気は飛んで行きます。
セーターとシートの、どちらを上にするかで、保温性が変わります。これが、「毛布と布団の、どちらを上にすべきか」の話になります。
毛布と布団の順番は、テレビの番組を見ていても「前回はこのようにお伝えしましたが」と、理由を添えながら推奨する順番が変わります。
毛布の種類や、布団の種類で、どちらが良いかが異なります。この文書では、あらゆる組み合わせを紹介するのではなく、「判断に使える科学的な理由」をお知らせします。
「空気をためておく場所」と「空気を飛ばさないシート」の役目があれば、保温になります。この、両方の機能があるのが「プチプチ緩衝材（気泡緩衝材）」です。
プチプチ緩衝材で包むと、冷たいものは冷たいまま、温かいものは温かいままの、保温に効果があります。
▼ ○ 触ると熱い、触ると冷たい
ここでは「熱の伝わり方の３要素」のうち「伝導（熱伝導）」の話です。
フライパンの取っ手には、カバーが付いています。フライパンの種類は多いので、伝導の話に適した、調理皿も取っ手も一体になっている鉄のフライパンだと思ってください。
調理皿の部分が熱くなると、取っ手も熱くなる。だから、取っ手を掴むと手が火傷するので、カバーがあります。
花火のうち、手持ち花火は、先端が燃えているのに、持ち手は熱くありません。
フライパンと花火の違いは、「材質が違うと、熱の伝わり方が違う」です。
「熱の伝わりやすさ」「熱の保持しやすさ」は、材質によって異なりますが、日常生活では「重くて硬いもの」は「伝えやすく、保持しやすい」と、何となく経験でご存知と思います。
寝具には、金属繊維（金属の糸）を仕込んでいるものもあります。これは、熱を伝えやすい性質の金属を使って、体温と室温が伝わりやすくしています。
室温が長時間２０度だったら、部屋にあるもののほとんどが、２０度になっています。一部、電気製品や、窓の近くにあるものは温度が違いますが、机もティッシュも、同じ２０度です。
ところが、２０度の金属を触ると冷たく感じ、２０度のティッシュを触ったら冷たく感じる度合いが弱い。これは、体温が「金属に移動するのが速い」「ティッシュに移動するのが遅い」ためです。
熱が伝導で伝わるのは、何か「モノ」を伝わります。そのため、「軽くて柔らかいもの」で包むと熱を伝えにくいので、発泡スチロールの箱は保温に使えます。
真空では、そもそも熱を伝える「モノ」が無いので、保温に使えます。この原理は、魔法瓶で使われています。
▼ ○ 虹の両端の色の外側
ここでは「熱の伝わり方の３要素」のうち「輻射」の話です。
「紫外線」「赤外線」「遠赤外線」という言葉は、馴染みがあります。
音では「高周波」「低周波」という言葉もあります。高齢になると「モスキート音」などの高音が聞こえにくくなります。音は、「高すぎ」「低すぎ」なら、聞こえません。「過ぎたるは及ばざるが如し」です。
光も同じで、「紫すぎる」「赤すぎる」は見えません。
日本では、虹は７色と呼ばれますが、国や地域によって、６色や５色もあるそうです。虹の色はグラデーションで、明確な境界線が無いため、色の数は文化によります。
虹の両端の色は「紫」と「赤」で、それより外側の色は見えないので、色の名前がありません。仕方がないので、「紫すぎる」を「紫外線」と呼び、「赤すぎる」を「赤外線」と呼びます。
音の「高周波」「低周波」が、聞こえないのに鳴っている音であるのと同じで、「紫外線」「赤外線」も、見えないのに光があります。
「熱を放出している」というのは、「赤外線を放出している」なのです。「輻射熱を受けている」とは、「赤外線を受けている」なのです。
真っ暗な部屋の中で、熱い石があれば、熱さを感じます。石からは、赤外線が出ています。赤外線は見えない光ですが、熱の光です。
窓ガラスに、紫外線を遮断するシート（フィルム）を貼ることがあります。赤外線を遮断するシートがあれば、暑さ対策に使えそうです。
キャンプや、自動車のフロントガラスに設置する「銀マット」は、赤外線を通しません。自宅の窓に銀マットを設置すると、直射日光だけでなく、屋外にあるモノからの赤外線も遮断します。
▼ ○ 暑そうに見えるけど涼しい衣服？
「空調服」と呼ばれる衣服があります。小型の扇風機と、扇風機用のパッテリーが、衣服に付いています。
扇風機が、衣服の中に風を入れます。すると、無風状態の場所でも、衣服の内側には風が吹きます。
シャツの上に着るような着方です。
風が当たることで、汗が蒸発し、涼しくなります。
見た目には、「衣服がモコモコに膨らんでいて、防寒着っぽい」です。そのため、見た目は「温かさそう」よりも「暑苦しそう」です。
色では、黒い衣服は暑そうに見えます。
「白い色は熱を跳ね返す、黒い色は熱を吸収する」という印象があり、日傘では外側と内側の色に用いられている商品もあります。
ところが、「黒いのに涼しい」という衣服があるそうです。正しくは「衣服」ではなく「塗料」です。「衣服がある」というと、「縫製の工夫かな？」と推測しそうです。「クールブラック」という塗料です。
赤外線も電波です。「電気の波」ですから、「波長」があります。
「波長」とは、「隣の波との間隔」です。波線を書いてみて、１つの出っ張りと、その隣の出っ張りが、どれだけ離れているか、その距離が波長です。
ここでの説明の都合で、「ネジ山を、横から見た」と思ってください。すると、ネジ山なのに波に見えますね。
ここで、塗料の話です。塗料には、ネジを入れる穴があります。
「ボルト」と「ナット」のようなもので、光がネジの「ボルト」で、塗料が穴の「ボルト」です。
ネジ山の間隔（波長）が合えば、ボルトはナットに入ります。とはいえ、太陽光は様々な波長の光が混じっています。「全部の波長のナットを、用意しているのか？」という疑問があります。
大丈夫です。ナットが長いと、少しの波長の違いでも「途中から入らない」になります。ナットがとても短いと、ちょっとくらい波長が違っても入ります。
説明の都合で、「光」を「ボルトとナット」に譬えましたので、譬喩（ひゆ）と本物の違う箇所を探すより、同じ個所を探してください。
塗料を工夫すると、「吸収する光」と「反射する光」を選べるようになります。これにより、「熱にならない光を吸収して、黒く見える」「熱になる赤外線を反射する」を選べるそうです。
▼ ○ 科学の理屈の合わせ技で、ややこしい
空気が飛ばされないようにすれば、熱も飛ばされない。けれど、赤外線は飛ばされる。熱の伝わり方の「対流」と「輻射」の合わせ技。
赤外線を防ぐ板があっても、その板が熱くなれば、熱は伝わる。熱の伝わり方の「輻射」と「伝導」の合わせ技。
ポットの種類で「魔法瓶」があります。容器が二重で、間は真空なので、「何も無いので、伝導は無い」というものです。
魔法瓶ではなくても、飲食店でも使われる、氷水を入れるピッチャー（容器）も、二重になっています。間には空気がありますが、飛んで行かないので、保温される。空気は「軽くて、柔らかい」ので、伝導は少ない。
魔法瓶も、二重構造ピッチャーも、間の空間が保温に役立ちますが、輻射熱は防げません。輻射が真空中でも伝わるのは、太陽からの熱が地球に届くことでも、馴染みがありますね。
農業のビニールハウスは、太陽光の赤外線で中が温かくなり、温まった空気は飛んで行きません。
ベランダの外に簾（すだれ）があれば、農業のビニールハウスの逆で、日陰でありながら、空気は飛んで行きます。
庭がアスファルトなら炎天下で熱くなりますが、芝生なら熱くなりにくい。
猛暑で室内に霧吹きすると、霧が蒸発して周囲の空気は冷える。けれど、空気の湿度が上がり、蒸し暑くなる。湿度の高い空気を飛ばすということは、冷えた空気も飛ばす。
工事現場に仮設トイレがありました。そこの現場監督はトイレ掃除が好きで、毎朝、工事が始まる前にトイレ掃除をして、仕上げに部屋の内側の天井や壁に、ホースで水を掛けます。
夏なら、トイレの箱の全体が炎天下で熱くなり、内側の天井や壁の水滴が蒸発して湿度が高くなります。
どうせなら、トイレの部屋の内側に水を掛けたら、しばらくドアを開放して、乾かしてほしい。そして、水を掛けるなら外壁と屋根を濡らしてほしい。それなら、トイレの全体の箱が冷えて、中が涼しくなるのに。
男性の小用なら、ドアを開けたままのこともありますが、個室が必要な時に工事用の装備をした衣服を脱いだりする動きの時には、高温で湿度の高い部屋では大変です。仮設トイレという狭い場所なら、もっと大変です。
このように、科学の理屈の１つで効果的だと思えば、別の理屈のせいで逆効果になったりします。
ああ、科学って、合わせ技になると、役立つのか逆効果になるのか、ややこしい。
▼ ○ 蒸発の余談
普通は、液体の水が気体の水蒸気になるのは、水面からです。そのため、コップの水よりも、霧にした水の方が、表面積が広いので早く蒸発します。
譬えれば、２つのサイコロの表面積は、６面が２個で１２面ですが、２つをくっ付けると２面が隠れるので１０面になります。ルービックキューブのように積み重ねたら、表面積はバラバラの時よりも狭くなります。
サイコロが、バラバラなら表面積が広く、くっ付ければ表面積が狭くなるように、霧なら表面積が広いので、蒸発も速くなります。
とはいえ、空気の湿度、ジメジメにも影響されます。湿度が低ければ蒸発がしやすく、湿度が高ければ蒸発がしにくくなります。空気に水が「どれだけ溶け込めるか」には、限界があります。
温度が低い空気には少しの水が、温度が高い空気にはたくさんの水が溶け込めます。でも、ジメジメが強くなれば（湿度が高くなれば）溶けません。
「どれだけの量が溶け込めるか」は、温度によります。水にインスタントコーヒーを溶かしたり、炭酸飲料に二酸化炭素（炭酸ガス）を溶かすのも、温度に依存します。
水の表面ではなく、水中の部分が水蒸気になるのは、「沸騰」と呼びます。
水は「０度が固体と液体の境目、１００度が液体と気体の境目」です。１００度の水を、もっと熱くすると、蒸発は表面からだけでなく、水中からも蒸発します。これが沸騰です。
しかし、１００度で沸騰するのは「地上では」という前提が付きます。沸点（沸騰する温度）は、気圧に依存します。
気圧の低い高山では、１００度になる前に沸騰するので、高温が必要な料理ができないこともあります。低い温度で沸騰しますから、調理方法の工夫をします。
真空ポンプを使えば、高山よりも気圧が低くなるので、コップの水がどんどん沸騰して蒸発して、気化熱を奪い、蒸発が遅れた水は氷になります。フリーズドライは、この原理を使っているそうです。
▼ ○ 熱伝導の余談
金属は熱を伝えやすい性質があります。金属の皿と、プラスチックの皿があり、氷を載せて、どちらが早く氷が融けるかを比べると、金属の方が早く融けます。
「金属で氷を触ると、触った箇所がすぐに融ける」を利用して、氷のアートに利用することができます。
高級な酒場（バー）では、ウイスキーのために、手のひらサイズの球形の氷を使います。球形の氷は「丸氷」と呼びます。グラスに丸氷を入れ、高級なウイスキーを飲むという、嬉しいサービスです。
丸氷を作るのは、バーテンダーの技術です。手で持つと融けてしまう氷で、きれいな球形にするには、とても高い技術が必要だそうです。
ところが、熱伝導を使えば、手軽に丸氷ができます。
内側がお椀のような半球形の、金属の容器を、２つ用意します。金属のお椀の上に、少し大きな氷を載せます。お椀の中には入りません。氷の上に、もう１つの金属のお椀を、伏せて載せます。
すると、挟まれた氷がみるみるうちに融けて、上下の２つのお椀がくっ付いたら、中には丸氷が出来上がっています。
下のお椀に載せた氷は、お椀と接している部分が溶けて水になり、氷が上から押されて沈みながら水が溢れます。上のお椀も同様で、氷がお椀と接している部分は溶けます。
複雑な形は無理ですが、お椀の内側に工夫をすれば、サッカーボールの模様の丸氷も作れます。サッカーのイベントがある時期には、喜ばれるそうです。
▼ ○ もう溶けないの余談
液体の水が蒸発するのは「水が空気に溶ける」です。温度によって溶ける分量の限界が変わります。
コップに冷水を入れて、そこに砂糖を入れると、水に溶ける砂糖もあれば、いくらかの砂糖は溶けずに、白く粒が見えます。
「融ける」は「氷が融ける、固体が液体になる」で、「溶ける」は「粒が見えなくなる」です。粒の１つ１つは小さくてわからなくても、粒の集団が見えているので「溶けていない」です。
「無色透明」という言い回しがあり、色が無い「無色」と、透けている「透明」は、別々に考えます。色があっても「粒が見えずに、向こう側が透けていれば透明」です。色が濃すぎても、粒が無ければ「溶けている。透明」です。
冷水で溶け切っていない砂糖があれば、水を温めると溶けます。砂糖を追加すると溶け切らないですが、もっと水を温めると、溶けます。
砂糖を追加して、水を温めているうち、いつの間にか随分と砂糖を追加していて、気が付けば水面は最初よりも上がるのは、溶けた砂糖の体積の分です。溶けるといっても「無くなる」のではありません。
このように、溶ける分量の限界は、温度に依存します。
とはいえ、熱湯ならば無限に砂糖が溶けるのではありませんね。コップに砂糖を入れて、熱湯をスプーン１杯を入れても、さすがに全部の砂糖は溶けません。砂糖水にならずに「一部が湿った砂糖」になるだけです。
砂糖を入れ過ぎて、もう溶けない状態が「飽和」です。この言葉は、「水に砂糖が溶けなくなる状態」だけでなく、比喩表現も含め、様々な場面で使われます。
水が蒸発するのも「水が空気に溶ける」で、気温が高いとたくさんの分量の水が溶けます。しかし、溶ける分量は無限ではありません。
湿度が高いと、洗濯物が乾きにくいですね。
夏の天気予報では、気温だけでなく、湿度も発表されたり、暑さ指数（ＷＢＧＴ）や熱中症警戒アラートの発表もされます。これは、湿度が高ければ、汗をかいても乾きにくい、気化熱で体を冷やすのが難しいためです。
▼ ○ 疑問はまだまだ
黒は光を吸収する。キラキラしたものは光を反射する。なのに、炎天下では、黒いスポンジより、キラキラした金属が熱くなるのはなぜか。そんなことを研究しているという話がありましたが、その後はどうなっているのかな？
フランスでは、伝統的な建築として、屋根に亜鉛メッキが使われていて、炎天下では屋根がとても熱くなるそうです。
「光は、電波と同じ」という話があります。雨で通信電波の状態が悪くなるなんて、ウソだと思っていました。
電子レンジは、箱の中に、大量の電波（マイクロ波）があり、そのエネルギーを水に与えて、水が熱くなります。
ということは、通信電波も雨にエネルギーを与えてしまうので、通信状態が悪くなるのかも。
電波を受け取るといえば、金属です。アンテナほどには受信に適していないにしても、金属はスポンジよりも電波を受けやすい。
「光は電波と同じ」なら、赤外線も電波で、キラキラして光を反射していても、金属は赤外線のエネルギーを受け取り、熱くなる。
あれ？ 電子レンジはマイクロ波で水分子にエネルギーを与えていて、赤外線は熱そのもの。それなのに、同じと考えていいのかな？
専門家ではないので、疑問はまだまだありますが、日常生活の中での暑さ対策と寒さ対策には、これくらいの科学の見方で足りそうです。
▼ ○ 簡単で本当に効果がありそうな暑さ対策と寒さ対策のジョーク
とても暑い時、不快な音を想像してみましょう。例えば、黒板や、ベランダのアルミサッシを、爪で擦る音。
とても寒い時、恥ずかしいことを思い出してみましょう。例えば、好意を寄せている人に、おならを聞かれてしまった思い出。
不快な音で、寒気があっても、体温が下がることはありません。恥ずかしいことを思い出すと、体が熱くなりますが、限界があります。効果があっても一時的であるので、解決ではありません。
ここに書いたのは、ジョークの余談です。暑さ対策や寒さ対策は、正しい方法を行いましょう。不快な音で寒気がして、熱中症になったら、笑い話では済みませんので。
【終わり】
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