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電気を通したニクロム線(赤熱せず手で触れる程度)があります。これは理論上最高何度まで温度を上げることが出来ますか?

例えば、完璧な断熱材があればずっと待っていればいつかはニクロム線の融点である1400度くらいまで上がるのでしょうか?

また、こちらは分かれば教えて頂きたいのですが、仮に溶けたとして、溶けたニクロム金属に電圧を上げるなどして電流を無理矢理流した場合、何度まで上がりますか?


●質問者: 匿名質問者
●カテゴリ:科学・統計資料
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 3/3件

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1 ● 匿名回答1号

ジュール熱は、発熱体の抵抗値と電流で決まるので断熱しようがしまいが融点を超えるような量の電流を流せば融けます。

あと、融け切れた線には電流が流れなくなるので当然発熱もしません。


匿名回答2号さんのコメント
ジュール熱は電流を流した時間tがかかってるけどw

匿名質問者さんのコメント
回答いただきありがとうございます。 そう言えばQ=Wsという式がありましたね。忘れておりました。 ただ、手で持てるほどの温度でもここまで上昇するのでしょうか? 最終的には核融合まで持ち込めますかね?

匿名回答1号さんのコメント
手で持てるほどの温度 ってのは単に流した電流(による発熱)と室温が平衡してるだけなので、もし仮に100%完全無欠の断熱ができるのならば温度は上がると思いますよ。 核融合云々は詳しくはわかりませんが、単に高温だけで発生するものではないのではないでしょうか。 ※ちなみに、「手で持てるほどの温度」という前提で話が始まっているので、単位時間当たりの発熱量で話をすればよく、時間tは無視してかまわないと思います >2号

匿名質問者さんのコメント
いくら理想的な環境にしても、太陽光で集めた光は6000K以上には上がらないと聞きます。ニクロム線の場合は、例えば、100%完全無欠の断熱が出来た場合、どこまで上がるのかにも興味があります。 また、質問が分かりにくくてすみません。赤熱しない程度(手で触れる程度と表現)にニクロム線に電流を流します。この状態で100%完全無欠の断熱のある容器に移動させます。そうすると、何度まで上がるのかというのが一つの質問です。 もう一つは、ニクロム線が融けようとも気にせず、兎に角、可能な限り電気を流すと最後はどのようになるのかという疑問です。

匿名回答1号さんのコメント
「この状態で100%完全無欠の断熱のある容器に移動」 というのは、電流は継続して流すのですか? 電流を流さないのならそれ以上熱は発生しないので、それ以上温度が上がることはありません。 電流が流れ続けるのなら、発生したジュール熱はどこにも逃げず蓄積されますので時間に比例して温度は上がります。 「可能な限り電気を流すと最後はどのようになるのか」 流し方によるのでしょうが、沸点を超えたら蒸発すると思います。

匿名回答5号さんのコメント
横から失礼しますが、太陽光の輻射を受けられるということは、同じ経路から熱せられた物体の輻射熱が出てゆけるいうことですので、いずれ熱平衡に達しますよね。「輻射も伝導も遮断してひたすら電気エネルギーを供給する」というのとは前提が違って比較にならないと思います。

匿名質問者さんのコメント
#1さま 沸点を超え気体になっても、その絶縁を破壊するほど電圧を上げ電流を更に流し続けたらという話について気になっております。 #5さま 熱平衡ですか・・・そうしますと、太陽と同じ条件(真空状態)であればとりあえず、理論上は太陽の表面温度までは達すると言うことでしょうか?また、効率的に何とか光だけで取り込んで蓄積することは出来ないのでしょうかね?そもそも色温度以上になる物なのでしょうか? また、ニクロム線で物を暖める場合、電磁波の色温度よりも遙かに高い温度になるのでしょうか?

匿名回答5号さんのコメント
何が疑問なのかを特定した方が良さそうな感じです。色温度とかを考える前の大原則として、 ・系の温度変化 = 系内の熱源の発熱 + 系外からの熱の流入 - 系外への熱の放出 ですよね。それから、 ・熱伝導は常に高温側から低温側。ただしその速度は媒体によって変わる ・輻射熱放射は温度で決まる量が勝手に出てゆく (出さない、ということはできない) ・外から受ける輻射のうち一部は反射され一部は吸収され、吸収された分が熱の流入にカウントされる このあたりを抑えたらおおざっぱにイメージできませんか。 例えば真空中に恒温の太陽と物体があって物体の温度変化を考える場合、(1)物体内からの発熱はなし (2)熱伝導は0 (3)物体への流入は太陽からの輻射の吸収 (4)物体からの流出は自分の輻射放散、ですよね。自分の温度の方が低ければ(4)が小さくて(3)よりだんだん温度が上がってゆきます。でも温度が上がるに連れ(4)が大きくなり、収支がバランスするところで温度が一定になります。太陽から受光してる部分だけから放散してるとしても、太陽の温度より高くなれば収支がマイナスになりますから、どんなに頑張ってもそこが温度の上限になります。実際は太陽に向いてない方向へも放散するのでもっと低い温度でバランスすることになります。 ニクロム線の場合、外からの電気供給によって系内で熱が発生しています。真空中にそれだけがあるとすれば、伝導による熱の流出はなし。温度が上がるにつれ輻射が大きくなり、発熱量=輻射放散量がバランスするところで温度が一定になります。 もし、ニクロム線がある真空を、内部の反射率が100%であるような密閉体の中においたとすれば、輻射で出てゆく量がそっくり戻ってくることになるので、ニクロム線の温度は(溶融や気化により別のものに変化しない限り)上がり続けます。この時容器の外からは温度変化は観測されないはずです (容器は熱を吸収してないので)。でも現実には100%反射するような素材はないので、中の温度がどんどん上がればわずかでも吸収された分で容器の温度が上昇し、それが外に輻射熱を放散することで、容器を含めた熱収支を考えることができるでしょう。

匿名質問者さんのコメント
ありがとうございます。 また丁寧な説明ありがとうございます。 そうしますと、ニクロム線は蒸気と言うよりもプラズマになるかも知れませんが、理論上は電圧を上げさえすれば電気エネルギーの投入だけで核反応を起こすことも可能なのでしょうか? 実際には、ものすごい勢いでエネルギーが逃げますので、短時間に膨大な電気を流すことになるかも知れませんが。 ただ、電圧を上げれば良いだけとは言っても実際にはこのような方法は聞かず限界があるのでしょうかね?

匿名回答5号さんのコメント
(1)理論上の理想状態でどうなるか、については既に十分なヒントが寄せられているのでご自分で答えられると思います。 (2)理論ではそうだけれど現実はどうなんだろう、については既に回答されています。 (3)まだわからないことがあるなら、それは質問者さんが何らかの条件を設定していてその時にどうなるかわからない、ということになります。その条件をきちんと提示し、原則に照らしてどうなるか考えた上で、なお分からなければまた質問されるとよろしいのではないでしょうか。質問者さんの頭の中にある条件はエスパーでないとわからないので、これ以上は答えようがありません。

匿名質問者さんのコメント
ヒントだけでは不安でしたので、戴いたヒントを元に色々な単語でググってみますと、IECFでは高電圧を元にしてそのまま核融合を引き起こし既に実用化されていました。回答いただきありがとうございました。

2 ● 匿名回答3号

水銀を電極にした工業用の電極プールもあるので、溶融したニクロム線にも電気は一応通せますが、溶けた液状ニクロムは高温による酸化でもえつきて土にもどったりすることが考えられます。さらにそれを防ぐためアルゴンなどの雰囲気下で過熱をつづければ蒸気になって飛散しまわりにこびりつきます、もちろんニクロム線の蒸気は吸い込めば人体に有毒です。その他絶縁破壊なども高電圧域では考えられますが、まあニクロム線でそこまで考えることはないでしょう。
ちなみに半導体の作成用チャンバ内は大体そんな宇宙みたいな感じです。


匿名質問者さんのコメント
回答いただきありがとうございます。 工業的にはそのような物もあるのですか。初めて聞きました。 また、#1であったのですが、そう言えばQ=Wsという式がありましたが、これは、手で持てるほどの温度でもここまで上昇するのでしょうか?例えば、色温度2000K(手で持てるニクロム線の色温度が不明ですが)程度の場合、暖め続けても(2000-273)度が限界ではないでしょうか? それとも、何度か輻射することで色温度が上がるのでしょうか?この辺り結構疑問です。 また、とことんまで電気を流し続けた場合、発熱線というよりも蒸気になり、そこでの放電になると思いますが、そのまま電気を流し続ければ最終的には核反応が起きるまでに持ち込めますかね?ただ、トリチウムの融合温度もなかなかでないようですし、電気では難しいのでしょうかね?

匿名回答3号さんのコメント
手で持てる程の温度である=Qおよびwがとても小さいということになります。 ワットにしても100ワット(0.1キロワット)以下くらいなものでは。 工業用だとギガワット、ジゴワットなどおそろしい電力を喰います。

匿名回答3号さんのコメント
核融合とかないです。ないない。 なんかこのあいだから高校生以下みたいな科学知識の人が質問してるなあ…(うんざり)

匿名回答3号さんのコメント
SF小説か高校教科書でも読んで自分で理論を「理解」してください。 ぐぐってq=wsを「思い出した」ふりをしても根本的に話のレベルがあってません。 こんな簡単な比例式なのに本当の意味がわかってなければ 結局説明が無駄になりますので。

匿名質問者さんのコメント
根本の意味が分かりかねますが、それでは、実際には何度までしか温度が上がらないのでしょうか?時間をかければ永遠と温度が上がらない理由が分からないです。

匿名回答3号さんのコメント
手で持っているなり、断熱材で支持するなり、熱は伝導や対流で逃げるからです。 100ワット電球を部屋の暖房につかえますか。はいおわり。

匿名質問者さんのコメント
質問で書かせて頂いているのですが、 >完璧な断熱材があればずっと待っていればいつかは >ニクロム線の融点である1400度くらいまで上がるのでしょうか? これであれば、室温はどこまでも上がる気が致します。

匿名回答3号さんのコメント
完璧な断熱材は「真空空間」しか知られていないですし今後もおそらくでてきません。 なぜなら熱は原子の振動だからです。 真空中で溶融した金属のようなものをばらけずに保持することは、電磁気なり万有重力を用いる以外ありません(太陽の場合は後者)。蒸散する可能性がある。 またそうであっても、「完璧な断熱」と「赤外線放射などを遮断すること」とはまた別です。 恒星が作りたいなら最初からそういってくれればいいのに。

匿名回答3号さんのコメント
万有引力ね。万有重力はまちがえました。

匿名質問者さんのコメント
まず、断熱とは定義として、対流・伝導・輻射を遮ることだと記憶しております。 上で色温度を出したのですが、例えば太陽の光をいくら効率よく集めても6000K以上にはならないと良く聞きます。しかし、ニクロム線(というか電気)で行った場合、どこまでも温度上がると言うことでしょうか? また、磁場になるかそれとも拡散よりも早くエネルギーを加えるなどどのような方法が適切なのか分かりませんが、理想的な状態であれば、本当に恒星になりえるのでしょうか? なお、色温度が上限との事前知識があり、Q=Wsは文字通り言われて思い出したことです。そうすると、この色温度の話と矛盾がでたわけです。その為、恒星になるかどうかは想定すらしていませんでした。

匿名回答3号さんのコメント
「定義として、対流・伝導・輻射を遮る」はいいですが、それを全部同時にやりこなすことなんて伝導一部だけを止めるよりもっと難しいですよ? 輻射は遮った時点で遮蔽物に熱エネルギーが移動しちゃうからね。太陽をくるんで、しかもくるんだものをあっためない方法をみつけたらおしえてね。 なのでニクロム線で「完全な断熱」自体かんがえるのおかしいですよ。 大気とか酸素があれば酸素でニクロム線がパアになる。 なにもなければないで輻射で熱が逃げる。 というかなんでニクロム線にそんなにこだわるんですかね? あと色温度云々は、輻射エネルギーですから…。当然ですよ。 たいようさんがだした熱をたいようさんよりいっぱい集めることはできない、という意味。

匿名回答3号さんのコメント
熱エネルギー保存則の第三法則だっけ?これもググってないですけど。

匿名質問者さんのコメント
ニクロムではなく空気でも構いませんが、電気を流すとどこまで上がるのでしょうか?本当に恒星が出来るのでしょうか? なお、太陽を比較に使っていますのは、ニクロム線で物を暖める場合、目には見えませんが光(電磁波)が発生することでで周りを暖めているわけですよね?太陽の光を集光するのによく似ている。レンズの代わりに煉瓦を使ったりするようですが。そうすると、その電磁波の色温度(波長)以上の高温になり得るのでしょうか?

匿名回答3号さんのコメント
だから熱力学第三法則により「熱をあつめる」手段ではもともとの発熱物(太陽)より高温になりません。発熱体であっても恒星は白色矮星になったら燃え尽きるし、ニクロム線も発熱する条件(電気が通じる形である)を超えて高温をつくることはできない。 あとはラプラスの悪魔をググって。自分が何をたずねたいのかわかってないヤツはこれだからめんどくさいのだ

匿名回答3号さんのコメント
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%82%A6%E3%82%A7%E3%83%AB%E3%81%AE%E6%82%AA%E9%AD%94

3 ● 匿名回答4号

調べてみたところ溶融金属にも普通に電気は流れるらしいので、
液体状態でさらにジュール熱を発生させることは可能と思います。
では上限はというと、融点の次にくる気化温度が上限に来るのではと考えます。
ニッケルクロム合金の帰化温度はわかりませんが、ニッケル単体では1500度程度らしいです。

http://www.escoltd.co.jp/page_technicalinf/target_blank/meltpoint_win.html

ただし、この気化温度は常圧での話なので加圧すれば気化温度も上がりますから、
真の上限はさらに上にありそう。
すると、さらに温度を上げて金属がプラズマになる温度が次のチェックポイント。

金属がプラズマになってそこにさらに電気を流すとすると、それはアーク放電とかの話になりそうです。
アーク溶接では約6000度を発生させるそうですが、これはあくまで実用温度なので、
本気で温度を上げようとすればもっと上がる気がします。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%BC%E3%82%AF%E6%BA%B6%E6%8E%A5
Wikipediaによれば10000Kを超えるとのことなので、このへんが常識的な実験系での一つの限界温度かもしれません。
https://ja.wikipedia.org/wiki/放電

ただ、アーク放電の真の限界温度はわかりません・・・・


匿名回答4号さんのコメント
あ、主題は、電気エネルギーが無尽蔵にあることを前提としてなかったですね(笑) 失礼しましたorz

匿名回答4号さんのコメント
エネルギーが外に漏れない系内で、低電圧を流し続ければ普通にエネルギー保存で、 系内のエネルギーは増大し続けるでしょう。 するとまあ、気化温度の1500度程度が限界温度ではないでしょうか。 低電圧ではアーク放電が起こせないので、「電球が切れた」状態になったらそこで電流は流れなくなり、 温度上昇も止まるでしょう。

匿名質問者さんのコメント
回答いただきありがとうございます。 いくつか質問が別れておりましてすみません。 一つは無尽蔵にない場合、一つは無尽蔵にある場合を想定しています。 無尽蔵にない方については多くの回答を頂きよくわかりました。 もう一方はかなりの曲者でして、恒星が生まれたり核融合などが起きたりする物なのかきになっています。例えば、電球が切れた状態でも気体の絶縁を破壊できるまで電圧を上げ電流を流す感じです。そう言えば、温度だけで言うと蛍光灯も内部は1万度くらいらしいですね。
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