密閉された透明な箱の中に、温度計、湿った布、小さな扇風機があります。扇風機を動かすと、布から水が蒸発し始めました。箱の壁面には細かい水滴が付き始めています。
質問: このまま扇風機を動かし続けると、温度計の示す温度はどう変化しますか？また、最終的にどのような状態になりますか？
回答: 温度は初め下がりますが、その後徐々に上昇し、最初の温度より高くなります。最終的に湿度100%に近い状態で平衡に達します。
理由: 水の蒸発は吸熱反応なので、初期段階では気化熱により箱内の温度が下がります。しかし、密閉空間では扇風機のモーターが電気エネルギーを熱エネルギーに変換し続けます。また、蒸発した水蒸気が壁面で凝結する際に潜熱を放出します。エネルギー保存則により、投入された電気エネルギーは最終的にすべて熱になるため、温度は初期値を超えて上昇します。湿度が飽和に近づくと蒸発速度が低下し、系は高温多湿の平衡状態に達します。