飛行機に濡れタオルをつけたら？

質問

最近梅雨で、洗濯物が乾きにくくて困ってます。
エアコン＋扇風機を使っても、なかなか乾きにくいです。

で、ふとくだらない疑問を抱いてしまったので、
頭の良い方が居たらおしえてください。

仮に塗れたタオルを乾かそうとした場合です。
湿度が高く、飽和状態のまま家の中で扇風機を回しても全く乾かないのでしょうか？
（現実的にそこまでの環境がありえなそうですが）

扇風機を使うというのは、湿度の低いフレッシュな空気を洗濯物にあてて、
乾かすという事なのでしょうか？
だとしたら、たとえば、新幹線や、レーシングカーや、
飛行機などに濡れタオルをくっつけておいたとしたら、
すぐに乾いてしまうものなのでしょうか？
まあ、飛行機とかだったら、高度があるから凍ってしまうのかな？
あれ？新幹線とかでも、気化熱で一時的に凍ったりするのでしょうか？

と、質問自体もあまりよくわかりませんが、
このあたまのゴチャゴチャを解消してください。
お願いします。

回答No.6

mydummy

飽和状態で風を当てて濡れタオルを乾かそうとするとどうなるか？
答えとしては「タオルは」乾きます。

気体も液体も全て運動する分子の集合であると考える統計力学を使って思考実験してみましょう。
扇風機で風を水（液相）に当てると、高速で運動する気体分子が水の表面にぶつかり続けます。すると水表面のH2O分子は気体分子の衝突によって加速されます。その速度が十分に大きいとき、水を液相にとどめる分子間力を振り切って気化します。単純に言えば風が水分子を「吹き飛ばして」いるわけです。#4氏の書いたような「蒸発した水を吹き飛ばす」だけでなく、蒸発していな水分子さえも吹き飛ばすのです。
従って、高速な風があるとき、飽和水蒸気量は増加していると見なすことが出来ます。統計力学では気体の（乱雑な）運動を気体の熱と見なすことになっているので、当たり前と言えば当たり前です。空気の温度が上がると飽和水蒸気量が増えるというのは統計力学的には「吹き飛ばし効果」が増強されるという解釈になります。#3氏の書いている「摩擦熱」はまさにこういう現象として解釈可能です。
ちなみに、扇風機に供給される電力以外が理想的に密閉された系であれば、扇風機を回し続けると系の温度は上昇します。電力が最終的に熱エネルギーという形態で落ち着くからです。
さて、理想密閉空間でなく家の中でそれをやった場合どうなるでしょう。風は次第に速度を緩め、部屋の中ではタオルに当たる風よりも風速が遅い部分が出てきます。そこでは前述ほどの「吹き飛ばし効果」は生じません。したがって、そういう場所では飽和水蒸気量は下がり、結露が生じます。

従って、結論はこうなります。「タオルは湿度100%程度まで乾く。そのかわり家のどこかに結露が生じる」。

ちなみに、室温で湿度が十分に低い場合、扇風機で生じる程度の風の速さでは、扇風機による加速での「吹き飛ばし効果」は十分に現れないと考えられます。湿度の低いフレッシュな空気を当てる効果の方が十分に大きいと考えられます。
新幹線やレーシングカー程度の速度になると「吹き飛ばし効果」が十分に大きくなります。おそらく気化熱で水の温度が下がり、場合によっては凍るかもしれませんが、高速な空気の分子は氷の表面の水分子さえ吹き飛ばしますので、見た目としては昇華現象が起きるでしょう。いずれにせよ、大量の運動エネルギーが供給されるので、あっという間に乾くでしょう。

ちなみに飛行機で上空に持っていった場合、「吹き飛ばし効果」以外にもいろいろな現象が生じます。まず気温が下がるので結露しやすくなりますが、気圧が下がるので水蒸気の動きも変わり、水蒸気と水（液相）の間の分子交換にも影響が生じます。気体分子の密度も減るので、地上と比べて速度の割に「吹き飛ばし効果」が出ないでしょう。全体的に言えば、空気が上空に上るときに雲が出来やすくなるので、同速度であれば地上より乾きにくいと予想されます。

以上、思考実験でした。実際に実験をしてないからどうしようもないですけどね。個人的には、「密閉容器の中に湿度100%の空気と濡れタオルと扇風機を入れ、風を濡れタオルに当ててみる」なんて中学生の理科の実験か自由研究でやると面白いし、統計力学への入り口にもなって最適の実験だと思います。