油のついた布は、なぜ火の気がないのに燃え出すことがあるの？
― 熱は、たまると自分で加速します

マッチもコンロも使っていないのに、丸めて置いておいた布から煙が上がる。魔法のような話に聞こえますが、しくみはとても単純です。油は、空気に触れているだけで、ごくわずかずつ熱を出しています。その熱が逃げられない置き方をすると、温度が自分で上がっていくのです。

理由は、大きく2つあります

つまり、火をつけたものは誰もいません。油自身が出した小さな熱が、外に逃げるより速くたまっていったのです。ここからは、この2つを順に見ていきます。

「燃える」と「さびる」は、同じ仲間の変化です

ものが燃えるとき、空気中の酸素がそのものと結びつきます。このとき熱が出ます。実は、鉄がさびるときにも同じことが起きています。酸素と結びつき、熱が出ているのです。

ちがうのは速さだけです。燃えるのは一瞬で、さびるのは何年もかかります。出る熱の合計は似ていても、速さがちがうので、片方は炎になり、もう片方は何も起きていないように見えます。

植物油は、この2つのちょうど中間にいます。油の中には、酸素と結びつきやすい構造をもつ成分が含まれています。だから油は、放っておくと少しずつ変化していきます。古い油が粘っこくなったり、いやなにおいを出したりするのは、この変化が進んだ結果です。

そして、この変化が進むあいだ、ずっと熱が出ています。コップに入れた油なら、その熱はすぐ空気に逃げるので温度は上がりません。問題は、熱の逃げ道をふさいだときに起きます。

熱は「出る量」と「逃げる量」の引き算で決まります

ものの温度は、出た熱がそのまま積み上がって決まるのではありません。出る熱から、逃げる熱を引いた残りで決まります。逃げるほうが多ければ、温度は上がりません。

ここで効いてくるのが、形です。熱が出るのは布のすみずみ、つまり全体の量に比例します。いっぽう熱が逃げるのは、まわりの空気に触れている表面からだけです。布を丸めて大きなかたまりにすると、量は増えるのに、外に触れている表面はあまり増えません。

図1を見てください。左は広げて干した布、右は丸めて積んだ布です。左では、出た熱がすぐ四方の空気へ逃げていきます。右では、内側で出た熱が外へ出られず、中心の温度だけが上がっていきます。

温度が上がると、熱を出す速さも上がります

ここまでなら「少し温かくなる」で終わりそうです。ところが、もう一段しかけがあります。酸素と結びつく変化は、温度が高いほど速く進むのです。目安として、温度が10度上がると速さが約2倍になるとされています。

すると、こうなります。熱がたまって温度が上がる。温度が上がったので、熱を出す速さがさらに増える。だからもっと熱がたまる。この輪が回りはじめると、温度の上がり方はだんだん急になります。

最初の数時間は、外から見ても何も起きていないように見えます。そのあと急に煙が出て、火が見えることがあります。「気づいたときには手遅れ」になりやすいのは、この加速のしかたのためです。

じゃあ、どうすればいいの？

まとめ

油のついた布が火の気なしに燃え出すのは、油が出しつづけている小さな熱が、丸めた形のせいで逃げられなくなるからです。たまった熱が温度を上げ、上がった温度がさらに熱を出す速さを増やします。火をつけた人がいなくても、条件がそろえば火は生まれます。

燃えるかどうかを決めるのは、熱の大きさではありません。
出た熱が、逃げられるかどうかです。

熱がたまるかどうかで結果が変わるという見方は、ほかの場面でも役に立ちます。火のついた油の扱いについては「天ぷら油の火に水をかけると、なぜ火柱が上がるの？」を、熱が逃げにくいことがかえって役に立つ例は「魔法瓶は、なぜ何時間も冷めないの？」をあわせてどうぞ。

※本記事は一般向けの科学解説です。掲載した数値は、しくみを理解するための目安・概算です。実際に煙やこげたにおいに気づいたときは、自分で判断せず、消防・自治体等の指示に従ってください。