気化熱で「奪われた」エネルギーはどこにいくのか？

扇風機が涼しい理由を説明するとき、「気化熱」という言葉がよく使われる。

「汗が蒸発するときに、肌から熱が奪われる。だから涼しく感じる」

これは正しい。だが、ここでひとつ疑問が浮かぶ。

「奪われた」熱は、どこにいくのか？

エネルギー保存則を考えれば、エネルギーは消えてなくなるわけではない。どこかに移動しているはずだ。そして、もう一歩踏み込んで考えると、こんな疑問も出てくる。

その熱が空気中に拡散するなら、室内の温度が上がることもあるのではないか？

今回は、気化熱のエネルギーの行方を追いかけてみたい。

「熱が奪われる」とはどういうことか

まず、基本を整理しよう。

液体の水が気体の水蒸気に変わるとき、エネルギーが必要になる。水分子は、液体の状態では互いに引き合いながらまとまっているが、気体になると自由に飛び回る。この「束縛を解いて自由にする」ためにエネルギーがいる。

そのエネルギーはどこから来るか。周囲から「借りる」のだ。

汗が肌の上で蒸発する場合、エネルギーの供給源は肌だ。肌の熱エネルギーが、水分子を気体にするために使われる。その結果、肌の温度が下がる。これが「熱が奪われる」の正体だ。

奪われた熱はどこにいくのか

では、肌から奪われた熱エネルギーはどこにいくのか。

答えは、水蒸気の中だ。

水蒸気になった分子は、蒸発に使われたエネルギーを「潜熱」という形で保持している。見た目には見えないが、エネルギーは消えたわけではなく、水蒸気という形で運ばれている。

この水蒸気は、空気中に拡散していく。つまり、肌から奪われた熱エネルギーは、水蒸気に乗って空気中に散らばっていくのだ。

では、室温は上がるのか？

ここで次の疑問が浮かぶ。

水蒸気に乗って熱エネルギーが空気中に拡散するなら、室内の温度が上がることもあるのではないか？

結論から言うと、潜熱の状態では、室温は上がらない。

潜熱とは、物質の状態変化（液体→気体、気体→液体）に伴うエネルギーであり、温度変化を伴わないエネルギーだ。水蒸気が持つ潜熱は、水蒸気が気体のままでいる限り、周囲の空気の温度を上げることはない。

温度を上げるのは「顕熱」——分子の運動エネルギーが増加して温度計の数字を上げるタイプの熱だ。潜熱は、相転移が起きない限り顕熱に変換されない。

凝結すると熱が放出される

ただし、水蒸気が凝結して液体に戻るときは話が変わる。

気体→液体の相転移では、蒸発のときに吸収したエネルギーが放出される。これを「凝縮熱」と呼ぶ。蒸発と逆のプロセスだ。

たとえば、冷たいコップの表面に水滴がつくとき。空気中の水蒸気がコップの表面で凝結し、そのとき潜熱が放出される。コップの周りの空気がほんのわずかに温まる。

エアコンの室外機が熱風を出すのも、同じ原理だ。室内で冷媒が蒸発するときに熱を吸収し（だから室内が冷える）、室外機で冷媒が凝縮するときに熱を放出する（だから室外機から熱風が出る）。

室内で凝結は起きるか？

では、扇風機を使っている室内で、汗から蒸発した水蒸気が凝結することはあるか？

通常の室内環境では、ほとんど起きない。

凝結が起きるには、空気が冷やされて露点温度以下になる必要がある。エアコンで冷やされた壁や窓ガラスの表面では結露が起きることがあるが、それ以外の場所では凝結は起きにくい。

つまり、汗から蒸発した水蒸気は、潜熱を保持したまま空気中に拡散し、換気や空気の入れ替わりによって室外に出ていく——というのが一般的な流れだ。

そもそも人間は常に熱を出している

ここで、もう一歩引いて考えてみよう。

気化熱で「奪われた」熱は、もともとどこから来たのか。

人間の体だ。

人間は、常に代謝によって熱を発生させている。安静時でも約80W、軽い運動をすれば数百Wの熱を出している。この熱は、放射、対流、伝導、そして蒸発（気化熱）によって体外に放出される。

つまり、気化熱で「奪われた」熱は、人間がもともと発生させている代謝熱の一部が、汗という形で水蒸気に乗って運ばれているだけだ。

扇風機があろうがなかろうが、人間がいる限り室内には熱が放出される。気化熱によって室温が上がるのではなく、「人間がいる限り室温は上がる傾向にあり、その熱の一部が水蒸気に乗って運ばれている」というのが正確な整理だ。

扇風機自体も熱を出す

ついでに言えば、扇風機自体も熱を出している。

モーターは電気エネルギーを運動エネルギーに変換するが、100%の効率ではない。一部は熱として失われる。扇風機を回している限り、微量ながら室温は上がる。

「扇風機は室温を下げない」どころか、厳密に言えば「扇風機は室温をわずかに上げる」のだ。それでも涼しく感じるのは、体感温度の低下（気化熱＋対流による放熱促進）がモーターの発熱を大きく上回るからだ。

まとめ

気化熱で「奪われた」エネルギーはどこにいくのか？

• 水蒸気の潜熱として、空気中に拡散する
• 潜熱の状態では、室温を直接上げることはない
• 水蒸気が凝結すれば凝縮熱として放出されるが、通常の室内では凝結は起きにくい
• そもそも人間は常に代謝熱を出しており、気化熱はその一部の「輸送手段」に過ぎない

「熱が奪われる」という表現は、あたかも熱が消えてなくなるかのような印象を与える。だが実際には、熱は水蒸気という乗り物に乗り換えて、目に見えない形で移動しているだけだ。

エネルギーは消えない。形を変えて、旅を続けている。