物理学に基づく）良いクーラーの条件とは？

社内の知識人が、テクノロジーとの関わり方についての質問に答えます。

Q：物理学の観点から、最高のクーラーとは何ですか？

A：まず、高校物理の復習です：熱とは、原子レベルでは、分子の運動です。分子が速く動けば動くほど、固体/液体/気体は高温になります。高温の気体では、分子が飛び回って壁にぶつかり、跳ね返ります。高温の固体では、分子が座っている場所で振動し、固体を一緒に保持している弾力性のある分子結合を通して、振動の遅い隣人にその振動を伝える。

寒さは熱の不在であり、暗闇が光の不在であるのと同じことである。クーラーの目的は、「冷たさ」を維持することではなく、「熱」を遮断することである。クーラーの性能は、断熱性、空気、氷の3つの要素によって決まります。熱力学の観点から考えてみましょう。

厚い独立気泡の断熱材を使ったもの

一般に、すべての業務用クーラーでは、内壁と外壁の間に発泡材という同じ方法で断熱材が使用されています。発泡体が断熱材として優れているのは、2つの理由があります。気体は液体や固体に比べて熱伝導率が低く、気体を小さな気泡に閉じ込めることで対流による熱の伝達を効果的に防ぐことができる。次に、気泡の壁を構成している高分子の結合がかなり緩く、分子から分子への熱の移動速度が制限される。 (金属のような熱伝導性の高い材料の分子は、自由に動く電子を含んでおり、動きの少ない分子よりも熱を伝えやすい)

しかし、すべての発泡体が同じように作られているわけではありません! クローズドセル・フォームとオープンセル・フォームがあります。クローズドセル・フォームは高密度で硬く、ほとんどの気泡は互いに接触しない。オープンセルフォームは、より柔軟で軽量だが、気泡のほとんどが接触しているため、熱が伝わりやすく、断熱性は低い。また、2種類の発泡体では、保持する気体の種類も異なる。オープンセルの気泡の中には水蒸気が入っていることが多いが、クローズドセルの気泡の中にはペンタンなど断熱性の高いさまざまな化学物質が入っている。 (数十年間、断熱性の高い独立気泡の発泡体にはフロンが使われていたが、オゾン層への影響が明らかになり、段階的に廃止された）。現在のほとんどのフォームガスは、冷たい肉を保護するのにはあまり適していませんが、大気を保護するのにはかなり優れています！)

オープンセルは、ソフトサイドランチトートバッグなどに使用されるフォームのタイプで、ハードサイドクーラーには通常、その壁にクローズドセルフォームが使用されています。

最後に、最も直感的なことですが、クーラーの効果は、断熱に使用されるフォームの厚さに依存します。安いクーラーの中には、蓋に断熱材が入っていなかったり、クーラーの底の断熱材が薄かったりするものがあります。また、クーラーのフタにカップホルダーが付いている場合は、その底に発泡スチロールなどの断熱材でできた栓をすることを検討してください。 (または、それらを使用しない場合は、スプレーフォームやメモリーフォームで埋めることを検討してください！)

満タンで未開封のままのもの

固体や液体と比較して、空気は熱伝導率が低いものです。しかし、あなどるなかれ! クーラーの中身が外の暖かい空気に触れるたびに、より速く動く分子がそこに入り込み、冷たい分子の肋骨を突いて、動きを速くし、ビールを少し暖かくしてくれます。このため、クーラーはあまり開けない方がよいでしょう。

また、良いクーラーは気密性が高いものです。クーラーの蓋の周りの密閉性をチェックし、できるだけ空気を入れないようにしましょう。 YETIやOrcaなどのクーラーの中には、ロートモールディングと呼ばれる製法で、継ぎ目のない一枚のプラスチックから成形されているものがあります。これは空気を遮断するのに非常に効果的ですが、信じられないほど高価でもあります。

エアポケットがないようにクーラーを満たすことが可能であれば、そうしてください、できれば氷で。このような場合、「ディアボロス」は、「ディアボロス」を「ディアボロス」と呼びます。

適切な量（と形状）の氷を入れる

一般に、氷と中身の比率は2：1程度と言われています。 (理想的な比率は中身の比熱など様々な要素があるので、キャンプ前に毎回計算するほどのことではありません)。氷の融ける速度は、表面積に比例します。氷の塊は、同じ量の氷を小さな角切りにしたものより、はるかにゆっくりと溶けます。ブロック氷を購入するか、ガロンの水差しに水を入れて凍らせ、自分だけの「ブロック」を作りましょう。 (この記事が最初に掲載された後、物理学の教師であるFred Bucheitが、氷を溶かすことは実際に望ましいことであり、そうしなければビールを温める熱を氷が吸収することになるからだ、と書いてくれました。氷が溶けると、クーラーの中の水位が上がります。水を抜かないでください! まだクーラーの中身を断熱しているのです。 (水は空気よりも熱を伝えやすいかもしれませんが、水が空気よりも冷たい限り、ビールを入れておくには適しています)

動きの速い分子は冷たいものの敵で、これらの分子を抑えることは、すべてのクーラーの勇敢な野望です-最高のものは物理法則を最大限に利用してその力を発揮しています。

メレディス・フォアは氷のように冷たいハードサイダーを好み、AAASマスメディアフェローとして物理学についてWIREDに執筆しています。

7-11-19, 9 pm EDT更新、溶けた氷が実際に飲み物を冷たく保つのにどう役立つかを明らかにするためです。コメント欄に質問を書き込むか、「知る人ぞ知る」にメールを送ってください。

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