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これ解りますか?

レス32
（トピ主 0 ）
🙂
志保子
話題
私立中学校受験で出た問題です。皆さん解りますか? 量と温度が同じ真水を入れたコップと塩水を入れたコップに、真水でできた 同じ大きさの氷を入れた場合、どちらが早く溶けるでしょうか? また、その理由を解説して下さい。

トピ内ID：1275168202

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真水に一票

😉
亀爺
興味深いです。 思いつきですが、真水に一票。 【理由】 真水の場合、溶けた水は対流により下へ移動して熱交換が促されるが、塩水の場合は水の方が軽い為、対流が起こりにくく、結果真水の方が早く溶ける。 皆さんの回答が楽しみです。

トピ内ID：6209646593

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塩水かな

💡
落ち葉ハラハラ
これは対流、濃度、浸透圧、エネルギーが関係あるのですかね？ だけどね～、量と温度が同じというだけの条件では問題として成り立っているのですか？ 例えば10度で10ml、50度で50ml、100度で100mlでは全然違う。 また、塩水の量と温度、氷の大きさなども不明だしねえ。

トピ内ID：8954408812

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考えてみました

🎶
rere
たぶん、真水の氷点は0度、塩水の氷点はそれより低くなることがポイントかと。 つまり、同じ温度（例えば-1℃）でも氷の表面付近の真水は凍り、塩水は凍らないようなことがある。塩分濃度に依って程度は異なると思いますが。 凍らなければ温度差による対流が起こるので、冷たい水が下に、冷たくない水が上に行き、氷を温め、氷は融ける。 従って、塩水の方が早く融ける。 わかりにくかったらすみません。 しかし、小学生にしては難しい問題ですね。

トピ内ID：7434086379

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塩水

🙂
レンジ
理由：塩水のほうが真水よりも比熱が大きいから、真水より早く氷に熱が伝わって、早く氷が溶ける。 （塩水のほうが真水よりも比重が大きいので、比熱も真水より大きいと考えました。確信はありません。）

トピ内ID：2512960682

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融点の問題かな？

041
ええっと
塩水の方が溶けるのが早いと思ったけど？ 塩という不純物が入っていると、融点の温度が上がるから？ 何十年も前に勉強したはずなんだけど、この程度でごめんなさい。

トピ内ID：5519503941

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水の温度は何度なんですか

041
ん
水温が百度だったら塩水も真水も同じに融けると思いますが。 水温５度くらいの条件だったら塩水のほうが融けにくいんじゃないかな。塩って、まわりの温度下げますよね

トピ内ID：5150028286

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真水

🙂
ゆっこ
塩を水に入れると温度を下げる作用があるので氷は溶けにくくなるから。 合ってる？？

トピ内ID：3469887643

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真水が速い

041
随分昔の小学生
　小学校の頃氷を速く作るには、メスシリンダーに水を入れ、それを塩水をいれたビーカーに入れるといい、という実験をした記憶があります。 　理由は分かりません。教えて貰ったのかもしれませんが覚えていないのです。 　ですから、その逆で塩水の方が溶けるのが遅いと思うのです。

トピ内ID：1428606525

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多分真水

🙂
カウベル
塩水の方が比重が大きいので浮力が大きく氷は真水より塩水の方が 水面より上に出ている部分が多い、 言い換えれば水中部分の水との接触面積は真水の方が大きい。 氷が融ける早さは氷と水の接触面積に比例するので真水の方が融けるのは早い。

トピ内ID：4472529595

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小学生向けだからね～

🙂
う～ん
氷の形が同じという条件も必要なような・・・ 小学生向けの問題という事ですが、場合分けをする必要があるかな～。 まず、塩水の方が比重が大きいため、氷が水面に大きく出ます。 同じ重さの氷なら、水に浸かる体積が水の方が大きいのです。 ですから、場合分けが必要だと思います。 室温が0度以下・水温0度なら・・・理論上、真水はとけません。 塩水の方はなんとなくとけそうな気がしますが、自信ありません。 塩化ナトリウムに希釈熱は有っただろうか？ でも、小学生にそこまで求めないので、「どちらもとけない」で 良いのではないでしょうか。 室温0度より高い・水温0度なら・・・塩水の方が早くとけます。 0度では氷はとけないから、空気中に出ている面積（だから形が大切） が大きい方が早くとけます。 それ以外の条件は、厳密には難しいです。 空気より水の方が比熱が大きいため、室温と水温の差により 正確には私には答えられません。 色々考えられますね。割愛しますが。 難しく考えなければ、普通の室温と、室温と同じ水温だとしたら 早くとけるのは真水かな～。 そういった思考過程を書かせるのが目的なんじゃないですか？

トピ内ID：1934299108

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塩水かな？

☀
クマちゃん
通りすがりです。 おそらくですが、凝固点降下や熱伝導率にひっかけた問題かな。 コップに入った真水、塩水の量によるのでは？と思います。 両コップにその氷を溶かすだけの十分な熱量があるのであれば、 熱伝導率が大きい塩水の方が、氷から早く熱を奪うので、早く 氷が融ける気がします。 また、両コップに十分な熱量がないのであれば、真水の場合 は、コップ全体が凍ってしまう、また、塩水は凝固点が低い 分は氷から熱を奪うので、氷を融かす。 うーん、よく分かりません。 どなたか、正解を。

トピ内ID：0006300248

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真水が正解なんですか？

🎁
あのー
だから北極と南極の氷の流氷がデカいまんま漂ったりするのね（例、タイタニック号事件より）。

トピ内ID：6416362387

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出題に不備があり、回答困難…

🛳
にらいかな?
真水、塩水、氷の、それぞれの初期の温度により結果が異なります。 加えて、塩水の濃度による凝固点も関係します。 室温が真水と塩水の凝固点の間にあれば、 これも融解速度に影響が現れます。 「対流」に言及されたレスがありますが、 これらの条件次第では、対流が起こらない場合も考えられます。 例えば、大雑把に、 超低温の氷を少ない量の真水に浮かべたら、 周囲の真水は、一旦、すべて凍ってしまいます。 よって、比熱、伝導率、対流の条件が変ってしまいます。 この際に、その温度が塩水の凝固点より高ければ、 塩水のほうは凍らないので、早く融解するでしょう。 真水と氷、塩水と氷、それぞれの持つ「総熱量」と、 熱の出入(この場合は室温)の数値と、 塩水の濃度(凝固点に関わる)が示されないと、 論理的な回答はできません。 「中学受験」というのがミソですね… 暗黙の条件があるのかな? …考え過ぎか… 私は船員、結氷海域を航行する船に配乗された際に、 かなり勉強したのですが…わかりません…

トピ内ID：1986237224

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興味深い問題です

🙂
通りすがりの者
温度が４度付近の場合、水は対流が起こりにくいので塩水の方が早く融ける気がします。 しかし温度が十分に高い場合、対流の強さに大差はないと思います。 その場合、比熱の勝負になると思います。 ネットでざっと検索したところ、水の方が比熱が高いようです。 ということは水の方が早く融ける・・・ と思ったのですが、比熱は単位重量辺りの値です。 「量が同じ」というのが「重量が同じ」という意味であれば比熱の値がそのまま使えますが、 「体積が同じ」という意味ですと、塩水の方が重量が大きくなるので 比熱ｘ重量＝熱容量の勝負ということになり、非常に微妙になってくると思います。 結論、私には分かりません。

トピ内ID：9313014272

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零度の状態で考えると…

🙂
ツムラ　カースケ
真水は氷と水が混ざった状態、塩水は凍っていないので氷を入れると 真水では溶けず塩水ではゆっくり溶けていく。 濃度にもよるけど塩水の融点はマイナス1℃ちょっと。 小学生が融点という言葉を知らなくても塩水は0℃では 凍らないことを知っていると問題は解けるのかな？

トピ内ID：8075257745

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塩水が速い

🙂
ドレミ
塩水が速い。 塩水は水の分子の割合が少なく、全部水の分子でできている氷と接すれば、氷から塩水への方が、より多く水の分子が移動できるから。

トピ内ID：3077480238

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凝固点降下

🙂
氷が解けると春になる
水に塩を入れると凝固点は下がります。 つまり食塩水は0度の状態だとまだ固まらず液体なので、氷は食塩水に触れたところからどんどん液体になろうとすると思います。 地面に積もった雪を早く融かしたい時、塩を撒くのは日常経験していることだと思いますが・・・

トピ内ID：5132520341

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塩水には浮く

🙂
Seri
カウベルさんに１票。 真水が速い。 塩水には氷は浮く。気体と液体では液体の方がより熱が伝わるから。液に浸かる部分が少ない塩水は溶けるのが遅くなる。

トピ内ID：9996727927

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トピ主です

🙂
志保子
正解は真水です。 真水の方が倍の速さで溶けます。 表層で氷が溶け始めると周囲の水の温度が下がります。　冷たい水は沈み 、かわりに暖かい水は下から上がってきて氷をどんどん溶かす。 これを対流と言います。 これに比べて塩水は重いので対流が起きにくい。表層に出来た冷たい水は 沈みにくい。その分、氷は溶けにくいというわけです。 一度、実際に試してみてはいかがですか?

トピ内ID：2415433070

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真水の方だと思います

041
おじさんですが
いくつかのレスにある様に本当は色々な条件が関係すると思いますが、単純に考えます。 空気からよりも真水または塩水に接した部分から氷へ流れ込む熱量の方が大きいでしょうから、 氷が液体に接している面積の多い方すなわち真水の方が溶けやすいと思います。 また、氷付近の液体は冷やされるので氷から離れた所よりも比重が大きくなって下へ沈み、 対流が起こって新たな(より高温の)液体が氷に触れてさらに氷を溶かしていく事になります。 しかし塩水の場合、氷付近で冷やされた塩水は溶け出した水のおかげで離れた所の塩水よりも 塩分濃度が低くなる＝比重が小さくなる方向なので、真水よりも液体の対流は起こりにくく なります。したがって真水よりも氷の溶ける速度は低下すると思います。 (最初の塩分濃度が高いと、上は薄くて冷たい塩水の層、下は濃くてぬるい塩水の層に 分かれるかもしれません) 総合して、真水の方が早く溶けると思います。

トピ内ID：8937006108

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負け惜しみ?ですが…

🛳
にらいかな?
やはり、小学生レベルの暗黙の条件があったのですね。 「コップの液体は氷を溶かすのに十分な熱量を持っている…」 トピ主さんは、 >>一度、実際に試してみてはいかがですか?と、仰りますが、 類似した私の経験では… コーヒーカップに入れた温い常温のコーラに、 マイナス85度の氷を入れ、冷やして飲もうとしたところ、 パチパチ、シュワシュワ… モコモコのシャーベットになりました… コーヒーカップ1杯の常温のコーラには、 大き目の超低温の氷を溶かすだけの熱量がありませんでした。 逆にコーラが凍ってしまいました。 これが「真水」なら、瞬時に真っ白な氷になるでしょう。 当然「対流」は起こりません。 しかしながら、 河川起源の「流氷群」が溶けにくい理由のひとつは、 トピ主さんのご説明のとおりです。 ただし、海洋のスケールになると、 中層に表層より「軽い」水塊が存在することも多く、 簡単に温度による比重差での対流は起こりません。 う～ん、それにしても、なんか悔しい…

トピ内ID：1986237224

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そういえば缶ビールを冷やす機器で、

🎁
あのー
そういえば、缶ビールを冷やす機器で、缶キュレーターというのを昔、某メーカーから応募するともれなくプレゼントという企画で戴いたものが家にあるのですが、その機器は水を入れる容器（それで氷にし缶の周りを囲むように数本ある）に、塩をすこし入れてから冷やせと説明書に書いてありました。ふーん。 昔みていたテレビ人形劇のひょっこりひょうたん島の中にも、塩を入れたら船は早く進んだけど翌日はカッチンコッチンに凍って動かなくなり途方にくれていたというシーンがあったよなあ。 氷山、流氷じゃなくて氷山でしたわ（前回のレスより）。

トピ内ID：6416362387

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塩水の方じゃないですか？

041
幸ひ住むと人のいふ
一般に塩水の方が凍りにくい。不純物が水の凝固の邪魔になるから。 氷と液体の接触面で、氷が溶ける現象と、液体が凍る現象が相互に起こるとして、塩水の方が凍りにくいから、氷が溶ける方がより優勢になるはずです。 さて、無事に氷は溶けたとして、以上で問題も解けたのかな？

トピ内ID：9735111474

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いつでも成り立つんですかね

041
電気技術者
　１２月６日１６時２分のトピ主さんの解答の投稿を読みましたが、これは水と塩水の温度が０℃付近であってもそうなんでしょうか。 　私は回答しませんでしたが、０℃付近であったら、塩水は固まらないからどんどん氷は溶ける方向に行くというところかなと思ってました。 　ありとあらゆる温度条件で成り立つ話なのかが興味あります。

トピ内ID：4852312963

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質問です…まだまだ負け惜しみ…

🛳
にらいかな?
トピ主さんの解答によると、 >>真水の方が倍の速さで溶けます。 と、なっていますが、 その根拠は如何に? どのような条件の下での解答なのでしょうか? 比熱、伝導率、それに対流の影響を考えると、 一概に「倍の速さ」というのは、 あまりにも「非科学的」です。 多くのレスにあるように、 条件次第で結果が大きく変る問題です。 中学受験に際しての、また、この問題に回答するにあたっての前提条件については、 その年頃の子供がいない一般人には解りません。 もう少し詳しく、 この問題に答える際に考慮するべき条件と、 無視して良い条件に関して説明をお願い致します。 逆恨みっぽいけど…まだ悔しい…

トピ内ID：1986237224

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やってみました

🙂
ochapi
わからないのでやってみました。今回の実験結果は「真水の方が速い」でしたが、倍半分も差はありませんでした。実験条件を変えるとひっくり返りそうな感じなので、入試問題に出して大丈夫なのかちょっと不安です。 実験条件 氷 10gくらい。冷凍庫から出したばかりなので、氷の温度はマイナス20℃くらい。 水 25℃（特に指定がなかったので常温）200ml（手元の容器の関係。ただ、マイナス20℃の氷を10g融かしても数度程度の温度低下ですむはず） 塩 10g（適当に） 実験の経過 ・最初は塩水の方が勢いよく融けます（凝固点降下？） ・勢いよく融けすぎて、氷と接している塩水の表面が凍結しました。 ・元の氷塊だけで言えば、塩水の方が速く融けました。 ・しかしながら、凍った薄い表面の氷が融け残ったので「真水の方が速い」 考察 ・融け終わった段階で氷があった位置から一番遠い場所で水の表面温度を計測したところ塩水の方が高かった。対流しにくいは起きていそう。 ・塩水の表面が凍結するくらいなので、凝固点降下も起きていそう。 ・どっちが効くかは容器の形状や水・氷の温度、塩分濃度などで変わるかも。

トピ内ID：3759708473

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前提条件がねえ

041
電気技術者
　にらいかな？さんが「くやしい！」と言われる気持ちはよくわかります。この出題、私も反則だよなと思います。 　出題する側が、自分の頭の中にある前提条件を「当たり前のことだから説明の必要なし」と思い込んで説明しないですませてしまうことが時々発生しますが、これもその一つではないかと。 　あるいは、トピ主さんが問題文の一部を、これは不要だろうと考えて削って書いてしまったのでしょうか。 　それとも、０℃付近でも実は真水の方が、氷の解ける速度は速いということがあるのでしょうか。 　もしもそうなら、それは対流とは別の理由のはずだから、トピ主さんが書いた解答も、不十分ということになるんじゃないかと。

トピ内ID：4852312963

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トンデモ科学？

🙂
高校理科教師
＞入試問題に出して大丈夫なのかちょっと不安です (12月22日付 ochapiさん) に一票． 仮に，中学校の出題と正解が，トピ主さんの紹介された通りのものなら，その中学校の理科教育はかなり怪しい感じがします．出題にも，正解にも，何か条件が付いていたのではありませんか？ いわゆる「トンデモ科学」(科学を装った，トンデモなく非科学的な主張)の特徴の一つは，実験観察の条件や結果の吟味なしに，「経験上間違いない，やってみたから確かだ」と自分の実験観察結果に固執することですが，似たような危うさを感じました．特に，「倍の速さで溶けます」など． テレビ番組なら，この程度のことも多いのでしょうが．

トピ内ID：0496747885

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さらに考えてみた

041
電気技術者
　前の投稿の後、ちょっと考えなおしました。 　これは私立中学の入試問題だそうですが、そうだとすると、トピ主さんが書いた解答が、私立中学側の考える解答かどうかは不明ですよね。 　それで、出題した側が、正解／不正解を問題にするのではなく、どのように論理展開された回答をするかをみようとしているのだとしたら、トピ主さんが書いた文章のままでの出題も、あり得なくはないなと。むしろ、中学受験レベルだと、そういう主旨での出題であるということの方が相応しいかも。

トピ内ID：4852312963

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勝手に総括、その1

🛳
にらいかな?
トピ主さんが出てこないので勝手に総括します。 この問題の「問題点」 まず、コップと氷の形状、容量または質量比が不明であること。 「キャバクラの水割り」状態なのか「一流バーのオンザロック」状態なのかにより、 氷の溶け方が変ること。 一部に「形状」や「浸水表面積」に言及されたレスがありますが、 そもそも「氷が浮いている」という前提はありません。 氷がコップの底に着いていれば、浸水表面積は変ります。 室温と液温の関係次第では空気中の部分が液中より早く溶けることもあり得ます。 次に、氷の温度、液体の温度、室温が不明であること。 室温がサウナのような高温で、液温が4℃程度、氷がマイナス数度程度なら、 空気に接している部分の融解は、かなり早くなると思われます。 「オンザロック」なら、上部が先に融解するでしょう。 コップの大きさや形状により、大気中からの熱の出入りも影響を受けます。 上記は「総熱量」に関わる問題としての疑問。 字数オーバーになるので、続く…

トピ内ID：1986237224

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