哪吒の火＋敖冰の氷＝水蒸気爆発？

レビュー専門家：北京理工大学物理・光電子工学学院の上級実験者および修士課程指導者、周洪志氏

映画「哪哪2」では、哪と敖哪が協力して天元定を突破した。その光景は衝撃的で印象的でした。実はその背後には、蒸気の科学的原理があるのです。

天元定がどのように爆発したかを科学的な観点から見てみましょう。密閉された天元鼎は巨大な圧力鍋のようなものです。哪吒の三昧真火と敖冰の玄氷が天元鼎の中で出会うと、瞬間的に大量の蒸気が発生し、釜内の圧力が急激に上昇して釜壁の耐荷重を超え、天元鼎が塑性変形し、最終的に爆発に至る。

蒸気の力は人類の文明の進歩に重要な役割を果たしています。デジタル化、情報化の時代において、蒸気技術は時代遅れになってしまったのでしょうか？

蒸気動力の源

「水蒸気」とも呼ばれる蒸気は、加湿や暖房だけでなく、発電や機械の駆動にも使用できます。圧力と温度に応じて、さまざまな種類の蒸気が飽和蒸気と過熱蒸気の 2 つのカテゴリに分類されます。

飽和蒸気は、1気圧で摂氏100度の蒸気です。しかし、過熱蒸気は違います。高温高圧の密閉条件下では、高温蒸気の温度は200〜600℃、圧力範囲は10bar〜200barに達します。つまり、1平方センチメートルあたり約10キログラム〜200キログラムの圧力が発生します。このときの高温高圧の蒸気は大きなエネルギーを持っているため、操作ミスは重大な結果を招きます。

氷と火が出会うと、固体の氷は高温で急速に溶けて水になるだけでなく、直接高温の蒸気を形成し、その体積は急速に膨張します。特定の容器では、この膨張によって莫大な圧力が解放され、強力な蒸気力が生成されます。この圧力は密閉された環境では増加し続け、時間内に解放されなければ爆発してしまいます。 ‌

蒸気技術は時代遅れですか?

もちろんそうではありません。蒸気技術は今でも多くの分野で重要な役割を果たしています。

発電の分野では、蒸気タービンが依然として主要な動力装置です。原子力発電所は原子炉で発生した熱を利用して蒸気を加熱し、その蒸気でタービンを回して発電します。超臨界蒸気技術の応用により、火力発電の効率が大幅に向上しました。

工業生産において、蒸気は加熱、乾燥、殺菌などのプロセスで広く使用されています。食品産業における殺菌、繊維産業における染色、化学製品製造における反応加熱はすべて蒸気に依存しています。

蒸気は医療分野でも重要な役割を果たしています。高温蒸気は、無菌環境を確保し、交差感染のリスクを軽減するために、医療機器や実験器具の滅菌に広く使用されています。

それだけでなく、蒸気は日常生活から最先端技術まで、幅広い用途に使用されています。

家庭用スチームアイロンやスチームクリーナーからスチーム美容機器まで、スチームの使用により生活はより便利で快適になります。たとえば、蒸気は衣服の臭いを取り除くことができます。これは、蒸気が浸透性と拡散性が強く、衣類の細かい隙間に素早く浸透し、臭い分子を引き出し、空気中に希釈することができるためです。

超臨界発電ユニット、原子炉、最先端の材料製造、航空宇宙技術の進歩は、最先端技術における蒸気技術の応用です。

産業革命の蒸気機関車や蒸気船から現代の発電所、都市のセントラルヒーティング、従来の航空母艦の航空機カタパルトに至るまで、蒸気技術は非常に重要な役割を果たしています。科学技術の進歩に伴い、蒸気技術も絶えず発展と革新を続け、強い活力と応用の可能性を示し、人類社会の発展に貢献し続けています。