やかんのふたはなぜカタカタ動く？蒸気の力を解説
やかんでお湯を沸かしていると、ふたが「カタカタ」と動くことがあります。主な理由は、お湯から生じた水蒸気がふたを下から押し、ふたがわずかに持ち上がっては戻るためです。ふたがやかんの縁に当たると音が出ます。
水蒸気が逃げる道やふたの重さによって動き方は変わるので、どのやかんでも同じ音がするわけではありません。
お湯を沸かすと、水蒸気がたくさんできる
やかんに入れた水を温めると、表面から少しずつ水が蒸発します。やがて沸騰に近づくと、やかんの底から水蒸気の泡が生じ、液体の中を上がって水面から出ていくようになります。
日本ボイラ協会は、水が十分に温まると、発生した水蒸気が水面まで達し、加熱を続けるほど泡が増えていくと説明しています。こうしてできた水蒸気が、やかんの上部に集まり、注ぎ口や蒸気穴、ふたのすき間などから外へ出ていきます。
なお、水蒸気は目に見えない気体です。やかんから見える白い湯気は、外へ出た水蒸気が冷えてできた細かな水滴です。ふたを押す力に関わるのは、やかんの中の気体である水蒸気です。
水蒸気には、ふたを押し上げる力がある
水蒸気や空気などの気体は、目に見えなくても、周りの壁やふたを押しています。この押す力が、一定の面積にどれほど働くかを表したものが「圧力」です。
日本化学会近畿支部の解説では、水蒸気の分子が容器の壁にぶつかることで圧力が生まれると説明しています。水蒸気が多くでき、外へ逃げにくくなると、容器の内側からふたを押す力が大きくなります。
普通のやかんは、圧力鍋のように中を密閉して高い圧力で調理する道具ではありません。それでも、一時的にふたの下側から押す力が大きくなると、ふたが少し浮くことがあります。
ふたが持ち上がって戻ると「カタカタ」鳴る
ふたが繰り返し動く様子は、次のように考えると分かりやすくなります。
- 水蒸気が増える：お湯が沸き、やかんの中で次々に水蒸気が発生します。
- ふたが少し持ち上がる：内側から押す力が、ふたの重さや外側から押す力に勝つと、ふたがわずかに浮きます。
- すき間から水蒸気が逃げる：ふたが浮いてできたすき間から水蒸気が出ると、内側の圧力が下がります。
- ふたが元の位置に戻る：ふた自身の重さなどで下がり、やかんの縁に当たると音が出ます。
この動きが短い間隔で繰り返されると、「カタカタ」「カチャカチャ」という音になります。日本機械学会が紹介する圧力の実験でも、容器の内側からふたを押す圧力が外側より大きくなると、ふたが持ち上がることが示されています。
実際には、ふたの形や注ぎ口の大きさ、水蒸気の出る勢いによって、動きは一定ではありません。
ふたが動きやすいやかんと、動きにくいやかんの違い
ふたの重さやはまり方、蒸気穴の大きさなどによって、カタカタ音の出やすさは変わります。
軽く、少し動く余地のあるふたでは、水蒸気の力で上下に揺れる場合があります。一方、ふたがしっかりはまるものや、別の場所から水蒸気が十分に逃げるものでは、目立って動かないこともあります。
また、水が激しく沸くとやかん全体に細かな振動が伝わることもあります。そのため、音がしても必ず蒸気の圧力だけが原因とは限りません。
カタカタ鳴らないからといって、お湯が沸いていないとは限らず、音の有無だけを沸騰の判断に使わないことが大切です。
笛吹きやかんの音とは同じしくみなの？
笛吹きやかんも水蒸気の力を利用しますが、音の出し方は異なります。
笛吹きやかんでは、沸騰によって生じた水蒸気が注ぎ口の笛の部分を通ることで音が出ます。パール金属の製品解説によると、ふたや笛の部分がきちんと閉まっていないと蒸気が漏れ、笛が鳴らない場合があります。
一方、普通のやかんの「カタカタ」は、主にふたが動いて、やかん本体に当たる音です。水蒸気が関わる点は同じでも、音が生まれる仕組みは違います。
カタカタ鳴ったとき、安全のために気を付けたいこと
ふたが動くのを見ても、手で押さえ込んだり、蒸気穴や注ぎ口をふさいだりしないでください。水蒸気の逃げ道が少なくなると、やかんの中の圧力が高まり、熱湯が噴き出す危険があります。
東京都の消費生活相談に伴う試験では、水を多く入れ、ふたが重く蒸気抜き穴が小さいやかんを強く加熱すると、注ぎ口から熱湯が噴き出す現象が再現されました。
やかんを使うときは、製品に表示された適正な水量を守り、沸騰したら必要以上に加熱を続けないようにしましょう。注ぎ口やふたの上に顔や手を近づけず、ふたを開けるときは火を止め、蒸気の勢いが落ち着いてから扱ってください。
やかんのふたがカタカタ動くのは、水が沸いて生じた水蒸気がふたを押し、その力が変化することで上下の動きが繰り返されるためです。身近な音にも、目に見えない気体の力が働いています。