上昇気流2(分子君がすっ飛ぶ)

缶コーヒーはホットもコールドも持ったところで同じ重さ。

空気も暖かくても冷たくても同じ重さでは?

暖められて軽くなるってどういうこと?

エアコンの暖房では足元が寒い。暖気は上に行っちゃうから・・ プチ上昇気流。

何となくで言えば、周りの空気と比べて重いのか軽いのか、ということでしょうか。

でも高校の物理をドロップアウトした者(それは私)はちゃんと理解しないといけないですね 😉

では本題へ 「気象学のキホンがよ~くわかる本」の 3-1 を参考に整理しながら考えます。

1.温度とは熱さ、冷たさを数値であらわしたもの (温度計ってあるからね)

2.気温とは大気の温度 (そりゃそうだ)

3.運動とは物体や分子・原子が動くこと (分子も忙しいね)

4.気体内部では気体分子が不規則に運動している(熱運動) (飛び回っているんだ)

5.温度とは分子・原子の熱運動の激しさをあらわしている(分子レベルで見た場合)

大雑把に言えば、気温が高いというのは気体分子が激しく飛び回っている状態、ということでしょうか。

では、前回の記事での疑問に行きます。

1-1 空気は暖められて温度が上がるとなぜ軽くなるのか?

熱気球をイメージするといいかもしれませんね。

気球をバーナーで暖めると、しばらくは気球が膨らんでいきます。

ある程度膨らむと、気球は上向きになり上って行きます。

とは言え実際の空気は境目が見える訳ではないので膨らんでいるのか、軽いのか、上に上って行っているのか分かりません。

ですから気球の代わりに空気塊(空気全体から一部を切り取ったもの)を用いて考えます。図を見てください。

1.左下の四角に囲まれた一定体積の空気の塊には6個の空気分子が含まれています。

2.この空気が暖められると、つまり分子の運動が激しくなると、6個の分子は最初の塊に収まりきらずに塊全体を大きくします。つまり膨張します。

3.膨張した空気の塊の中で最初の塊と同じ体積の部分を考えると、3個の分子しかありません。

4.つまり一定体積当たりの分子の数は少なくなってしまいます。

5.これが密度が小さく(低く)なるということです。

6.密度が小さい、つまり分子の数が少ない訳ですから、当然質量も小さく、よって軽いということになります。

肝心なのは一定の体積で比較して重いか軽いかということなんですね。

小学校の教室で休み時間になると元気な子たちが教室から飛び出して行って、教室には3人くらいしか残っていなかった、みたいですかね。

次回は 1-2 軽くなった空気はなぜ上に行くのか? を考えます。


1-1 「空気は暖められるとなぜ軽くなるのか?」 のまとめ

 分子の運動が激しくなる

 ⇒ 空気が膨張する

 ⇒ 一定体積当たりの分子が少なくなる


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