crumbs out of your computer keyboard , you're probably aware that after a little while,

パソコンのキーボードからパンくずが出てくると、しばらくしてから気づくことがあります。

the air coming out of the can and even the can itself get really really cold.

缶から出てくる空気も、缶自体もとても冷たくなります。

Like, cold enough they put frostbite warnings on the can!

缶に凍傷の注意書きがあるくらいの寒さです。

And for good reason!

それには理由があります。

It's tempting to think that compressed air cans get cold because when the gas comes out

圧縮空気缶が冷えるのは、ガスが出てくるときに冷えると思いがちですが

of the can it expands and thus cools off.

缶の中で膨張して冷えていく。

But that's not exactly right - whether an expanding gas gets hotter or colder (and how

しかし、それは正確ではありません。膨張する気体が熱くなるか冷たくなるか（そして、どのように

much hotter or colder it gets) depends on the exact manner in which the gas expands.

温度が高くなったり低くなったりするのは、気体がどのように膨張するかによる。

And if we apply the relevant equation for “normal” gas expansion , we predict that

そして、「通常の」気体の膨張に関連する方程式を適用すると、次のように予測されます。

the gas inside the compressed air can should drop from room temperature to around 100 degrees

圧縮空気缶の中のガスは、室温から100度前後まで下がります。

celsius below zero , which is, um, WAY colder than what comes out of a compressed air can.

零下10度というのは、圧縮空気の缶から出てくるものよりもはるかに冷たいのです。

So the gas can't be expanding in the normal way gases expand.

ですから、通常のガスの膨張方法ではガスは膨張しません。

. And here's why: that would be like cutting the top off the can and letting the gas expand

.なぜかというと、それは、缶の蓋を切ってガスを膨張させるようなものだからです。

freely in all directions.

は、あらゆる方向に自由に移動できます。

But the gas is actually being squeezed out through a tiny valve.

しかし、実際にはガスは小さなバルブから絞り出されています。

This difference is key; the gas passing through a valve isn't simply expanding - it's

この違いが重要で、バルブを通過したガスは単に膨張するのではなく、次のようになります。

also being pushed through by the rest of the gas behind it!

また、その後ろにある残りのガスに押し流されています。

And that compression from behind gives the gas enough heat energy to essentially counteract

そして、後ろからの圧縮は、ガスに十分な熱エネルギーを与えて、実質的には

the cooling from expansion.

膨張による冷却。

In terms of the gas law, this means the volume goes up by the same factor that the pressure

気体の法則で言えば、圧力が上がるのと同じだけ体積が増えるということです。

goes down, so pressure times volume is pretty much constant and the temperature stays about

が下がるので、圧力×体積はほぼ一定で、温度は約

constant.

の定数です。

But not exactly - most gases at room temperature do get slightly colder when passing through

しかし、正確にはそうではありません。常温のほとんどの気体は、通過するとわずかに冷たくなります。

a valve . A good demo of this is to let the air out of a bike tire; the valve gets colder

バルブ。自転車のタイヤの空気を抜くと、バルブが冷えていくのがよくわかる。

, but not crazy cold.

しかし、異常な寒さではありません。

Similarly, the gas leaving a can of compressed air cools a little bit passing through the

同じように、圧縮空気の缶から出たガスは、缶の中を通るときに少しだけ冷えます。

nozzle . But this can't be the only contributor to the cooling.

ノズル。しかし、これだけでは冷却の原因にはなりません。

I mean, the can itself cools off by significantly more than can be explained by expansion through

つまり、缶自体の冷却効果は、膨張による説明よりもはるかに大きいのです。

a valve , and it's not like it's even being sprayed by the air coming out.

バルブを使用しているので、出てくる空気でスプレーされているわけでもありません。

No, the real cooling power is hinted at by the warning labels on cans of compressed air

いや、本当の冷却能力は、圧縮空気の缶の警告ラベルが示唆している。

telling you to not to shake them or spray them upside down - if you DO shake one, you'll

振ったり、逆さにスプレーしたりしてはいけないと言われていますが、もし振ってしまったら

realize right away that it's not just gas inside - there's liquid in there, too!

気体だけではなく、液体が入っていることがすぐにわかります。

Liquid like 1,1-difluoroethane, which is a gas at normal temperatures and pressures,

1,1-ジフルオロエタンのような液体で、常温常圧では気体である。

but a liquid once you pressurize it to around 6 times atmospheric pressure.

しかし、大気圧の6倍程度に加圧すると液体になります。

And it's the essential component of these compressed air cans.

そして、この圧縮空気缶には欠かせない部品です。

Inside the can, 1,1-difluoroethane exists as both a liquid and a gas, in equilibrium

缶の中では、1,1-ジフルオロエタンは液体と気体の両方の状態で平衡しています。

- just enough of the liquid boils off to maintain six atmospheres of pressure in the top of

- の上部で6気圧の圧力を維持するために、液体が十分に沸騰します。

the can, a pressure high enough that rest stays liquid.

缶の中で、残りの部分が液体のままになるような高い圧力をかけます。

Because it's at six times atmospheric pressure, when you open the valve the difluoroethane

大気圧の6倍の圧力がかかっているので、バルブを開けるとジフルオロエタンが出てきます。

rushes out in a steady stream.

がどっと押し寄せてくる。

But this then means that the inside of the can is no longer pressurized enough to keep

しかし、これでは缶の中が十分に加圧されていないことになります。

the liquid from boiling - so more of it boils off until the gas reaches six atmospheres

液体が沸騰しないようにするため、気体が6気圧になるまでさらに沸騰させます。

of pressure again and a new equilibrium is reached with slightly less liquid in the can.

の圧力が再びかかり、缶の中の液体が少し減った状態で新たな平衡状態になります。

This is how the can is able to keep blowing a stream of consistent strength even when

缶はこのようにして一定の強さの水流を吹き続けることができるのです。

mostly empty.

ほとんど空です。

But more importantly to our temperature conundrum, changes from liquid phase to gas phase require

しかし、温度の問題でより重要なのは、液相から気相への変化には

a TON of energy, and that energy has to come from somewhere.

膨大なエネルギーをどこからか調達しなければなりません。

Just like how the evaporation of sweat removes energy from your skin, cooling you off, inside

汗が蒸発することで皮膚からエネルギーが取り除かれ、体が冷やされるのと同じように、内部では

a can of compressed air, vaporization - aka boiling - is what steals energy from the liquid

液体からエネルギーを奪うのは気化、つまり沸騰であるため、圧縮空気の缶には

and cools it off.

と言って冷やします。

Significantly!

大幅に!

Spraying out 10% of the contents will cool the entire remainder of the can by around

内容物の10％をスプレーすることで、残りの缶全体を約1.5倍に冷やすことができます。

20 degrees celsius!

摂氏20度！？

If it seems counterintuitive that a boiling substance cools itself off, look no further

沸騰した物質が自ら冷えるというのは直感的に理解できないかもしれません。

than the humble pressure cooker . Water normally boils above 100 degrees celsius, but by sealing

圧力鍋のようなものです。通常、水は摂氏100度以上で沸騰しますが、密閉することで

in steam, the pressure rises, enabling the water in the pot to remain a liquid well beyond

蒸気の中では、圧力が上昇し、鍋の中の水が液体のままでいることができます。

water's normal boiling point - just like the difluoroethane in a can of compressed

水の通常の沸点は、圧縮空気の缶に含まれるジフルオロエタンのようなものです。

air.

の空気を吸います。

And releasing water vapor out of the nozzle of a pressure cooker lowers the pressure inside,

また、圧力鍋のノズルから水蒸気を放出すると、内部の圧力が下がります。

allowing a bit more water to boil off as steam and lowering the temperature of the remaining

水蒸気として沸騰する水の量を増やし、残りの水の温度を下げることができました。

water - just like the difluoroethane in a compressed air can.

水は、圧縮空気の缶に入っているジフルオロエタンのようなものです。

And if you keep letting off steam, eventually the water will cool all the way back down

そして、蒸気を出し続けていると、やがて水は一気に冷えていく。

to its regular boiling point of 100 degrees , just like how if you keep spraying a can

を通常の沸点である100度まで上昇させることができるのです。

of compressed air, the difluoroethane inside will cool all the way back down to its regular

圧縮空気が入ると、内部のジフルオロエタンは一気に冷えて通常の状態に戻ります。

boiling point of negative 25 degrees .

沸点はマイナス25度。

A can of compressed air is quite literally a 1,1-difluoroethane pressure cooker.

圧縮空気の缶は、まさに文字通り1,1-ジフルオロエタンの圧力鍋です。

And just like you shouldn't shake a pressure cooker or turn it upside down (unless you

圧力鍋を振ったり、逆さにしたりしてはいけないのと同じように（ただし

want to spray superheated water everywhere), cans of compressed air don't work very well

過熱水をどこにでも散布したい）、圧縮空気の缶はあまり効果がありません。

sideways or upside down: instead of spraying out gas, you'll spray out the liquid that

横にしたり、逆にしたりして、ガスを噴出させるのではなく、液体を噴出させる。

was only being kept liquified by the high pressure inside the can , so it immediately

は、缶の中の高い圧力によって液化されているだけなので、すぐに

vaporizes and drastically cools down whatever it's contacting . INSTANT ICE! (though difluoroethane

気化して、接触しているものを劇的に冷やすことができます。即席の氷！（ただし、ジフルオロエタンは

can dissolve in water and is poisonous, so definitely don't use this ice for anything

この氷は水に溶けて毒になるので、絶対に使用しないでください。

food-related).

食に関する）。)

In conclusion, the cause for the coldness of cans of compressed air can be clarified

結論として、圧縮空気缶の冷たさの原因を明らかにすることができました。

by comprehending the consequent clue: they aren't actually cans of compressed air.

そのためには、「実は圧縮空気の缶ではない」というヒントを理解する必要があります。

They're cans of pressure-liquified 1,1-difluoroethane, and lowering the pressure inside by spraying

1,1-ジフルオロエタンを圧力で液化した缶で、スプレーで内部の圧力を下げることで

them allows more liquid to boil off, cooling what remains.

これにより、より多くの液体が沸騰し、残った液体が冷却されます。

I love learning about the physics of regular stuff; I mean, black holes and quantum mechanics

ブラックホールや量子力学など、通常の物理学を学ぶのが好きです。

are cool, too, but they're not quite as tangible or relatable as the things we interact

もかっこいいのですが、私たちが接しているものほど具体的ではなく、親近感もありません。

with on a regular basis.

と日頃から接しています。

And if you, too, want to dive deeper into the physics of everyday objects, look no further

身近なものの物理をもっと深く知りたいという方は、ぜひご覧ください。

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バルブを介して膨張し、それをyoutubeの動画にするために...。

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