- 結露の理由がわかる！
- 露点・飽和水蒸気量・湿度がわかる！
- 発生する水の量が計算できる！
今日の朝窓にお絵描きできた！
それは「結露」だね！
結露？
冬の窓ガラスが濡れること！
他にも暑い夏のジュースのコップが濡れるのも同じだね
どこから水が降ってくるの？
降ってくるんじゃなくて、空気中から現れるんだ！
え！？なんで！？
それじゃあ今回は結露の不思議について解明していこう♪
それじゃあ授業スタート！
この授業はYoutubeでも解説しています！
Youtubeの方が音声があってわかりやすいので、動画が見れる環境の方はこちらの方がおすすめです！
窓ガラスが曇る理由
窓ガラスが曇った理由を考えていこう
結露が起こるのは、冬の窓以外にも夏の熱いジュースのコップにつきます。
この共通点わかる？
どっちも温度は関係してる？
その通り！結露は、温度が関係しています！
沸かしたやかんを考えてみよう
夜間を沸かすと白い煙が見えますね。
これは水蒸気ではなく、実は”液体”の水なんです！
やかんから出た瞬間は、熱い(100℃)から水蒸気の状態になっているけど、やかんから離れるにつれて水蒸気は冷やされ液体になります。
これは窓ガラスの近くの空気が冷やされて液体なる結露と同じ。
窓ガラスが濡れたのは内側か外側か考えてみよう
窓ガラスは内側から濡れてたよ
そうだね
次は温度に注目して考えてみよう
結露が起きていた時点の温度に注目すると、窓ガラスの内側はエアコンなどで温められた空気が外の空気に冷やされている。
夏のジュースも同じように、外の暖かい空気が冷たい。氷水に冷やされてコップの外側に液体がつく。
暖かい空気が冷えると液体ができるんだ！
その通り！これが超重要なポイント♪
やかんも同じように冷やされて結露している
暖かい空気が冷やされると液体が発生する
飽和水蒸気量
じゃあなんで液体が発生したの？
そのことを知るには「飽和水蒸気量」がキーワードになります
飽和水蒸気量？
飽和水蒸気量は空気中にどのくらい水蒸気が含めるのかを示します
飽和水蒸気量・・・空気中にどのくらい水蒸気を含めるかを示す
飽和水蒸気量は温度によって違います
暖かい空気には水蒸気はたくさん含むことができるけど、冷たい空気にはあまり含むことができない。
飽和水蒸気量は同じ体積の空気でも、温度が高ければ高いほど大きくなります。
だから、冷やされると液体が発生するわけです！
飽和水蒸気量が小さくなるから冷やされた空気から液体が発生して結露が起こる
なるほどね♪
水滴を発生させる実験
暖かい空気が冷やされて飽和水蒸気量が減るから水蒸気量が水滴として現れることがわかりました。
どうしたらたくさんの水滴を集めることができる？
めちゃくちゃ冷やす！
そう！温度差が大切！
実際に空気を冷やして液体を発生させてみよう！
ビーカーの中に加熱した水をいれて、その上に水をいれた丸底フラスコを置きました。
冷やした場所に水ができた！
温度差が大きいとたくさんの水滴が発生することがわかったね
ラーメンを食べている時メガネがくもるのと同じだね
確かに！
迷惑なんだよね〜
温度差が大きいほど多くの液体が発生する
露点を調べよう
具体的に何℃になったら液体が発生するの？
それはいろいろな条件によるよ
また、実験してみよう♪
夏の暑い日のコップに現れる水滴のように、コップの中に氷を入れて、何℃で水滴が出てくるか調べてみましょう！
この実験のポイントは「外の空気の温度＆湿度」と「コップの温度」！
実験装置はこのようにシンプル。
工夫は２つあって、金属製のコップを使っていることとコップにセロハンテープが貼ってあることです。
外の空気を冷やすことで水滴を発生させているからコップからの温度が伝わりやすい金属のコップを使っています。
温度を徐々に下げていくと露点に達して、水滴が現れますが、コップにセロハンテープを貼っておくと変化がわかりやすいから貼っています。
実験道具に工夫があるんだねぇ
くみ置きの水に氷を入れて、温度を下げていきます。
そして、金属のコップに水滴が現れた時の気温と水温の差を調べてみましょう。
実験の精度を上げるには、１回目の実験で水滴が現れる大体の温度を測っておいて、２回目の実験でその温度付近でゆっくり温度を下げていくといいですね。
結果
水を冷やしていくと表面に水滴がつきました！
セロハンテープが貼ってあるから少し見やすいね
水滴が現れた時の温度を測ってみた
結果は、
気温：24℃の時に、水温：7℃まで下げると水滴が発生する
となりました！
結構温度に差があるね
7℃まで冷やすとコップの表面に水滴が現れましたね。
液体が発生する温度を露点といいます
水蒸気を含む空気が冷えて水滴が出来る温度を露点という
温度なのに露”点”って言うんだね
うん！露点は温度を示すことはしっかりと覚えておこう！
わかりにくいけど、そーいうものって覚えてしまってください。
この実験からこの空気の露点は7℃とわかります
問題を解いてみよう！
少し問題に挑戦しよう！
計算は嫌だぁ
大丈夫！今回計算はほぼないよ！
なら安心だっ
問題はこれ！
露点と水の量を求めるんだね
グラフに書くとこんな感じ
飽和水蒸気量は温度が高いほと大きくなるんでした
飽和水蒸気量を表にするとこう
表だとわかりにくいからグラフにする
今回はこのグラフを使って空気中の水蒸気の量などを考えていきます。
飽和水蒸気量や湿度はコップのイメージで考えていきます
今の空気に17.3gの水蒸気が含まれていることを示す
飽和水蒸気量が最大量を示しているんだね
そういうこと！で中に入っている水は実際の水蒸気量
この空気をどんどんと冷やして露点を見つける
露点は水が出る温度だよね
冷やしていくと温度が下がるからコップが小さくなる
飽和水蒸気量は温度が小さくなると同じように小さくなっていくから、空気を冷やすって事はコップの大きさ(飽和水蒸気量→どのくらい水が入るのか)が小さくなってくってこと。
コップは小さくなるけど中の水は変わらないことが重要
飽和水蒸気量(コップの大きさ)は空気の温度によって変わるけど、その空気に含まれている水蒸気の量は変化しない！
20℃まで冷やすとコップの大きさと水の量が一緒になる
ぴったりになったね
この温度が露点！
露点は冷やし続けて水が溢れ出す量だから、コップの大きさと中に入っている水の量が一緒になるとそれ以上冷やすと溢れちゃう。
つまり露点ってこと！
コップの大きさが変わるのがポイントだね！
露点を求めるためには中に入っている水蒸気量と飽和水蒸気量の大きさが一致する温度を探せばOK！
Q2.冷やしたときに出てくる水の量
次は冷やした時の水を求めよう！
露点を越えて冷やし続けると飽和水蒸気量を超えて(コップの大きさを超えて)溢れ出した水が液体の水として発生します。この水の量を計算する問題！
10℃の時にどのくらい水が溢れるかを考える
まずはコップの大きさを表から求める。
10℃の時のコップの大きさは9.4gだね！
もともと入っている水から溢れる量を計算すればOK
10℃のときの飽和水蒸気量(コップの大きさ)は、9.4g
中に入っている水の量(空気中の水蒸気量)はずっと変わらず17.3gだから
17.3-9.4=7.9g
になる！
小学生の計算だね！
コップと水で考えるとすぐにわかるね♪
今回は計算が少なかったけど、テストでは計算問題がよく出るから、次の授業でしっかりとできるようになりましょう！
まとめ
- 水蒸気量と飽和水蒸気量の大きさが一致する温度が露点
- 飽和水蒸気量が関係する計算はコップをイメージ！
今回のまとめクイズ！
次の学習も一緒に頑張ろうね！
この授業は９時間目！
- １時間目 気象要素ってどんなもの？
- ２時間目 天気記号の書き方をマスターしよう！
- ３時間目 雲の割合を見て「雲量」と「天気」を判断！
- ４時間目 13段階の風速＆16方位で風向を読み取ろう！
- ５時間目 「乾湿計」を使って湿度を測ろう！
- ６時間目 風はナゼ吹く？
- ７時間目 天気予報に出る等圧線と風の強さの関係
- ８時間目 「気圧」ってどんなもの？
- ９時間目 窓ガラスが曇るのはナゼ？「露点」を解説！
- 10時間目 飽和水蒸気の計算がイラストでスグわかる！
- 11時間目 丸フラスコで雲を作ってみた！
- 12時間目 「温暖前線」＆「寒冷前線」の特徴が完璧にわかる♪
- 13時間目 天気予報のグラフを超解析！
- 14時間目 曇りの日より晴れた日の方が夜寒くなるのはナゼ？
- 15時間目 日本の気団の特徴が５分でわかる！
- 16時間目 海陸風ってどんなもの？
- 17時間目 雨はどこからやってくる？（水の循環）
- 18時間目 10種類の雲の名前が簡単に覚えられる裏ワザ！
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