徹底解説! 水滴が乾燥するとリング状の跡が残るのはなぜ?

洗車をした後、水滴をふき取らずにいると、水滴が乾燥したあと白い鱗(うろこ)模様のようなリング状の汚れが現れ、洗車する前より汚れたように感じた方も多いと思います。

この白いリング状の汚れの正体は水道水に含まれているミネラル分や微粒子です。

水道水や井戸水にはCa(カルシウム)などのミネラルが溶け込んでいるのですが、水と一緒に蒸発できないので、ミネラル分だけが白い汚れとなって残るのです。

でも、不思議だと思いませんか?

水滴は蒸発することで少しづつ小さくなっていき、最後は小さな小さな水滴となって蒸発して消失するはずなので、水滴に含まれていたミネラル分は最後の小さな小さな水滴が消失した後に小さな白い点となって表れるはずです。

でも、実際は大きさは大小まちまちですが、全て白いリング状に残ります。

でも実際はリング状に残る

なぜ? 水滴が蒸発した後に残るミネラル分は点ではなくリング状になるのか?

 

この理由(原理)がとても面白いのです。

走る園児
走る園児

水滴が蒸発するとミネラル分がリング状になって残る原理をポンチ絵を使って分かり易く解説します。

 

白いリング状の跡が残る原理

それでは金属の板に水滴がついた状態から時間の経過に伴って、最後には白いリング状の跡が残る原理を絵をつかって解説します。

①板に付着した水滴が徐々に蒸発する。

板に付着した水滴は水滴の表面から徐々に蒸発します。

水が蒸発すると気化熱により水滴表面の温度は低下します。

水滴の外周部は水の厚みが最も薄い(熱容量が低い)ため、外周部の温度が一番低くなり、水滴に温度差が生じます。

 

②水滴の温度差により水滴内部に弱い対流が起こる。

水の表面張力は温度が低いほど大きくなる性質があります。

蒸発による気化熱で水滴の外周部の温度が最も低くなり、水滴の外周部と他の部分の表面張力に差が生まれます。

この表面張力の差によって水滴内部に弱い対流(マランゴニ対流)が生じるのです。

この弱い対流によって、水滴内部に含まれていた微粒子などが外周部に少しづつ移動を始めます。

③水滴の濃度差によって対流が強くなる

水の表面張力は濃度が高いほど大きくなる性質があります。

気化熱による温度差で生じた弱い対流により、外周部に微粒子などが移動することで、水滴に溶けているミネラルや微粒子の濃度が外周部が高くなります。

これにより濃度差により水滴内部の対流が強くなり、ますます外周部にミネラル分や微粒子が移動します。

④リング状の模様が現れる

温度差と濃度差により、外周部にミネラル分や微粒子等が集められながら、水分は少しづつ蒸発するため、最後には水分が全て蒸発して無くなった後には、水滴の外周部だった場所に微粒子等だけが残ります。

この残った微粒子等がリング状の跡の正体です。

上から見るとリング状になる

 

対策(リング状の跡が残らない方法)

白いリング状の跡は汚く見えるので、出来ないようにしたいと思う方も多いと思います。

白いリング状の跡を残さない対策方法はいくつかあります。

何事も原理が分かれば対策方法を誤ることはありません。

走る園児
走る園児

白いリング状の跡を残さない対策方法について原理に基づいて紹介します。

対策1)不純物が混ざっていない水を使う

白いリングの元となるミネラルや微粒子が含まれていない水であれば、どんなにたくさん水滴が付いて、それが乾燥しても白い跡は全く残りません。

水道水や井戸水には地域差はあるものの、必ずミネラルや消毒薬が含まれていますので、それらの水による水滴が付くと必ず白いリング状の跡が残ってしまいます。

一度、沸騰させ水蒸気を冷やして再度水に戻した蒸留水を使えば100%白いリング状の跡が残ることはありません。

 

対策2)水滴が付く表面の汚れを落とす

蒸留水のように不純物が含まれない綺麗な水の水滴であっても、白いリング状の跡が残る場合があります。

それは水滴が付く面が汚れており、水滴に汚れが溶け込んでしまうためです。

綺麗な水を使っているのに乾燥すると白いリング状の跡が残る場合は、表面が汚れている可能性が高いです。

白いリング状の跡を残さないためには、綺麗な水と綺麗な面の両方が揃う必要があります。

 

いかがでしたか?

水滴が乾燥した後に現れる白いリング状の跡の発生原理は面白いですよね。

自然現象は知れば知るほど興味深いです。

自然が作る水滴(朝露)についても記事を書いています。

よろしければ、こちらの記事もご覧ください。

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