飽和水蒸気量と湿度の関係から発生する水滴の量を計算できるようになろう!

水滴がたくさん発生する条件

前回の学習で、冬の窓ガラスや夏の冷たいコップに水滴がつくことを学びました。

復習:なんで水滴がつくんだっけ?

温度に差ができるから!

そうですね!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んでしたね。

じゃあどうやったらたくさんの水滴を集めることができる?

もっと冷やせばいい!

そうですね!温度差が大切なんです。

じゃあ逆に暖かい空気の温度を上げる&湿度を上げても発生する水滴は増えるはずですよね。

少し実験してみます。

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

ビーカーの内部はたくさんの水蒸気がありますし、お湯に温められているからこの空気の飽和水蒸気量は大きいですね。

なので、フラスコの底にすぐにたくさんの水滴が集まりました

この実験のように、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りますね。

ラーメンを食べてるとメガネがくもるのと同じか

そうです!

今回は飽和水蒸気量&水滴の量の計算ができるようになりましょう!

気温と水蒸気のグラフ

今回の課題

発生する水滴の量を計算しよう

飽和水蒸気量が小さくなる(コップが小さくなる)とその分、空気に含まれていた水蒸気が水滴として現れるんだったね。

これを頭に入れてグラフを見てみよう!

このグラフの横は温度、縦は飽和水蒸気量を表しています

温度が下がるほど飽和水蒸気量も小さくなっているね

そうですね。この曲線がその時の温度のコップの大きさを示していると考えればOKです。

例えば、30℃の空気1m³に17.3gの水蒸気が含まれているならこのように書きます

棒の部分は実際に含まれている水蒸気の量点線の部分はあとどのくらい水蒸気を含めるかを示しています

(実際には点線の部分は書きませんが、今回はわかりやすくするために書いています)

コップのイメージだとわかりやすいですね。

この空気を冷やして、液体が発生させてみましょう。

空気が冷えるってことは、グラフで考えると棒が左に移動するってことです。

この空気を冷やすと、中に含まれる水蒸気の量(棒の長さ・コップの中の水)は変わりませんが、空気の飽和水蒸気量(赤い曲線・コップの大きさ)は小さくなります

移動させた時に飽和水蒸気量と同じになる時(コップの大きさと中の水が同じになる)、これ以上その空気は水蒸気を含むことができなくなっているので、20℃がこの30℃‐17.3gの空気の露点ということです。

露点=湿度100%だったね

この空気をさらに冷やすとどうなるでしょうか?

グラフをさらに移動させて10℃の時を見てみましょう。

青色の部分がはみ出てしまっていますね

この部分は水蒸気として含み切れなかった分なので水として現れてきます

もともと水蒸気として存在していたのが17.3gで10℃の時の飽和水蒸気量は9.4gだから$17.3g-9.4g=6.9g$が水として出てきます

この時の湿度は何%?

水がでてきていますが、水蒸気だけに注目すると9.4g入るコップにちょうど9.4gの水が入っているから湿度は100%になります。

水蒸気として含み切れなかった分が水滴として現れる

湿度と水滴の量

同じように湿度についても考えてみましょう。

30℃の空気の露点は何℃でしょう?

さっき20℃って計算したよ

確かにそうですね。でも、温度だけで露点は決まっていなくて、湿度も関係しているんです。

例えば、同じ30℃の空気でも湿度が80%の空気と20%の空気では、どっちの空気のが水蒸気をたくさん含んでいるでしょうか?

コップの大きさが同じだから80%入ってる空気!

そうですね!

同じ温度でも入っている水の量が違うから、露点も変わってしまうんです!

同じ温度でも湿度が高いほうが露点が高いんだね

30℃の空気の露点は20℃だったけど、17.3gの水蒸気が含まれてたからなんです。

ちなみに、この空気の湿度は$17.3g÷30.4g/m³×100≒57%$ってことですね。

露点は温度&湿度で決まる

窓ガラスに水滴がついた理由

飽和水蒸気量と気温の関係をふまえて、窓ガラスに水滴がついた理由を考えてみましょう。

部屋の中の空気は温度が高い=飽和水蒸気量が大きいですね。

ということは部屋の空気はたくさんの水蒸気をふくんでいます。

水蒸気をたくさん含んだ空気が窓の近くにいくと、外から冷やされて温度が下がります。

冷やされた結果、飽和水蒸気量が小さくなるから含み切れなかった水蒸気が水滴をして発生して、窓ガラスについたってわけです。

1つ1つ考えればわかるね

今回のまとめ

水滴をたくさん発生させるには温度差が大切

同じ温度でも湿度が高い方が露点も高くなる

露点は含まれている水蒸気の量と気温で決まる

今回のまとめクイズ!

20℃で湿度50%の空気と30℃で湿度50%の空気の露点を比べると?
飽和水蒸気量の問題
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次の学習も一緒に頑張ろうね!

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プロフィール
ゆうしろ

私立中・高一貫校の現役理科教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
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