話題の「冷却ブランケット」は本物か？

インターネットを長時間使っていると、同じものが何度もポップアップ表示されるのを目にするでしょう。私にとってそれは、ソーシャルメディアで話題になっている「冷却ブランケット」です。夏にぴったりのアイテムのように思えますが、まるで温かみのあるブランケットの逆バージョンみたいですよね。

残念ながら、これらの製品は謳い文句通りの効果を発揮しません。通気性があるので普通の毛布ほど暑くはないかもしれませんが、それでも毛布をかけていない方が涼しいでしょう。しかし、希望はあります。誰かが本当に素晴らしい冷却毛布を開発したのです。もちろん、これには物理的な要素がいくつも含まれていますので、早速見ていきましょう。

温度とエネルギー

温度は、誰もが使う言葉でありながら、誰も理解していない言葉の一つです。化学では、物質中の分子の平均的な運動エネルギー、つまり振動のことです。振動が大きいほど、温度は高くなります。

しかし、私はもっと実用的な定義の方が好きです。温度とは、二つの物体が長時間接触しているときに共通して持つ性質のことです。つまり、熱い金属塊を冷たい金属塊に近づけると、最終的には二つの物体の温度は同じになります。熱は温かい方から冷たい方へと流れ、最終的に温度が等しくなります。（注：逆は成り立ちません。つまり、「冷たさ」を移動させることはできません。）

物体には一定量の熱エネルギーがあることも説明します。これは、物体内のすべての粒子の運動エネルギーを合計することで得られます。熱エネルギーは、物体の質量、温度、そしてその材質という3つの要素によって決まります。例えば、質量に注目すると、同じ温度であれば、大きなジャガイモは小さなジャガイモよりも多くの熱エネルギーを持っています。

さて、物質の種類を見てみると、すべての物質には「比熱容量」があります。これは、その物質の温度を1度上げるのに必要な熱量です。家で試してみましょう。しばらく部屋に置いてある、どちらも室温になっている2つの物体を用意してください。ここに、木の塊とアルミニウムの塊があります。

両方の物体に触れてみてください。温度は同じなのに、木のほうが温かく感じますよね？なぜでしょうか？温度ではなく熱エネルギーによるものです。手が物体に触れると、熱伝導による相互作用が起こります。温かい手から冷たい物体へとエネルギーが伝わり、最終的に両者の温度が同じになります。しかし、金属ブロックの場合は、手の温度に達するまでにはるかに多くのエネルギーが必要です。手がより多くのエネルギーを失うため、木の方が冷たく感じるのです。

水泳をするときも同じことに気づくでしょう。気温が23℃だと気持ちよく感じますが、同じ温度の水に入るととても冷たく感じます。これは、水の質量と比熱が空気よりもはるかに大きいため、より多くの熱エネルギーが失われ、より寒く感じるからです。

すべてのブランケットクール

では、毛布はどのように機能するのでしょうか？毛布は基本的に断熱材です。つまり、温度の異なる物体間のエネルギー移動を防ぐのです。寒い日に毛布にくるまると、周囲の空気に体温が奪われるのを防ぎ、より暖かく感じます。同様に、暖かい日に冷たいソーダに毛布をかけると、空気からソーダへの熱エネルギーの移動が遅くなり、ソーダの冷たさが長持ちします。

でも、暑いと感じて毛布をかけたらどうなるでしょうか？その場合、2つのことが同時に起こります。毛布は断熱材として機能し、あなたと空気の間のエネルギー移動を遅くします。周囲の空気が98.5°F（約33℃）を超えない限り、毛布をかけると涼しくなるどころか、暑くなるだけです。

しかし、毛布は体と熱的に相互作用することもあります。例えば、27℃の毛布が30℃の人に触れているとします。すると、毛布の温度は上昇しますが、体の熱エネルギーは減少します。つまり、少なくとも数分間、両者の温度が等しくなるまでの間は、毛布は冷却毛布として機能します。

では、なぜある毛布が他の毛布よりも効果的に涼しく感じるのでしょうか？まず、毛布は質量が大きいため、温まるのに多くのエネルギーを必要とします。次に、熱伝達を高めるために、毛布が肌としっかりと接触する必要があります。つまり、軽くてふわふわした毛布では、それほど涼しく感じることはありません。それ以外は、普通の毛布と変わりません。

でも、こういうのを試すのが大好きな私は、ネットで安い「冷却ブランケット」を買ってみました。（高価なものを買わないと効果がないと言う人もいるでしょうが。）冷却ブランケットを日光に当てて75°F（約24℃）まで温度が上がったと言う人がいますが、私は信じません。これを見て下さい。ソファに3枚のブランケットを置いています。1枚は冷却ブランケットで、残りは普通のブランケットです。後ろにあるのは同じものを赤外線カメラで撮影したもので、色の違いで温度の違いが分かります。

画像には紫色のインテリア、リネン、背中、体の部位、人物、アクセサリー、バッグ、ハンドバッグ、ソファ、家具などが含まれている場合があります。

どれが冷却ブランケットか分かりますか？いいえ、分かりません。温度差はほとんどありません。どれも冷却ブランケットです。そして、どれも普通のブランケットです。

本物の冷却ブランケット

でも、もし2つの物体の間に熱相互作用があっても、片方の温度が変化しない可能性があるとしたらどうでしょう？はい、これは実際に起こります。相転移と呼ばれています。物質が固体から液体へ、あるいは液体から気体へ変化するたびに起こります。

面白い実験をしてみましょう。氷（つまり氷）を入れたビーカーを用意し、氷点（-10℃くらい）よりも低い温度にします。次に、ビーカーをホットプレートの上に置いて熱を加え、水の温度を測ります。実験の様子は以下のようになります。

ご覧の通り、氷は融点である0℃（32°F）に達するまで温度が上昇します。その時点で温度は安定し、すべての氷が溶けるまで一定のままです。これは、系に熱が加えられ続けているにもかかわらずです。なぜでしょうか？それは、エネルギーが分子結合を切断し、固体を液体に変えるために使用されるためです。完全に液体になると、温度は再び上昇し始め、沸点（100℃）に達します。そして再び、すべての水が気体になるまで温度は一定のままです。（これが、沸騰したお湯で調理するのが良い理由です。温度が一定に保たれるからです。）

これがより優れた冷却ブランケットの実現につながることがお分かりいただけるでしょう。相変化中の温度プラトーのおかげで、ブランケットが温まって効果がなくなることなく、体からブランケットへ熱エネルギーを伝達し続けることができます。

ということは、氷毛布（例えば、柔軟な裏地に水を入れて）で体を冷やせるということですか？確かに。でも、それは非常に辛いですし、凍傷になる可能性もあります。また、氷を溶かして水を温めた後は、再び使う前に毛布を冷凍庫に戻す必要があります。

しかし、人体の温度に近い融点を持つ物質はどうでしょうか？ YouTubeチャンネル「NighthawkInLight」のこの動画では、ベン・カシック氏が一般的な塩（硫酸ナトリウムと塩化ナトリウム）からまさにそのような相変化物質を作っています。

もちろん、自分でも作ってみました。化学者ではありませんが、なかなかうまくできたと思います。