雲のでき方

質問

雲のでき方について質問があります。
中学校の理科のテキストに
フラスコに空気と水を入れて、密封し、それを注射器付のゴム管でつないでおく。ここで、注射器を引いて、フラスコ容器内の気体の体積を膨張させると、フラスコ内の温度が下がり、露点に達し、凝結する。これが雲である。
という旨の記述があります。
（参）http://www.fdtext.com/txtpdf/r2t_04.pdf

これはボイルシャルルの法則からするとむしろ逆なのではないのでしょうか？（つまり、Vが大きくなると、Tも大きくなる＝温度上昇）

仮にこの場合、圧力が低下し、その仕方が大きく、全体として温度が下がるとしたなら、端的に圧力下降により、温度下降が起こり、雲ができるとした方がすっきりするのでは、と思うのですが。

どなたか、理解の仕方を教えてください。

回答No.3

Silicagel

その参照URLの３ページ目に問題がありますね．
そこに，『ピストンを急に引くと』とあります．
雲ができるにはこの『急に』というのが重要です．
おそらく大部分の教科書にはさりげなく『急に』と書いてあると思います．
急に引くと気体が膨張し圧力が下がり温度がさがるのです．
ゆっくり引くと気体は膨張し圧力も下がりますが，低下量は急に引いた場合より少なく，温度は一定です．
従って

>>仮にこの場合、圧力が低下し、その仕方が大きく、全体として温度が下がるとしたなら、端的に圧力下降により、温度下降が起こり、雲ができるとした方がすっきりするのでは、と思うのですが。

これは正解だと思います．
そうすっきり書かない理由は，圧力という目に見えないもので説明するより，体積の増加という目に見える現象で説明した方がわかりやすいからだと思います．

ただし，ボイルシャルルの法則＝状態方程式とは文字通り気体の状態を記述するもので，状態変化を記述したものではありません．
状態変化の最初と最後は法則を満たしますが，変化の途中では法則を満たしません．
状態方程式とはまた別の法則により，ピストンを引いて気体を膨張させることにより温度を上げることはできません．

回答No.2

twinkleluz

気体を、温度変化のない状態で体積を膨張させると、膨張したエネルギーが外部への仕事量として使われ、
（雲の実験の場合はピストンを引くことにより外部へ仕事量を奪われる）
奪われた仕事量の分だけ気体の熱量が減少します。
（熱力学第一法則）

失われた熱量はフラスコの外から補充しようとしますが、そんなにすぐに熱が外から移動して
これないのでフラスコの中の温度は下がったままになります。（徐々に温度は上がりますが）

ボイル・シャルルの法則的に考えると、圧力Ｐが減り体積Ｖが増え、温度Ｔは一定・・・のはずですが
前述の通り外への仕事としてＴが減少します。
その結果ＰとＶが減少するはずなのですがＶはピストンを引いたあとは一定になり変化できないので
Ｔの減少分Ｐがさらに減少することになります。

そもそもシャルルの法則って、圧力が一定の時、気体の体積は温度に比例して膨張するという話で、
体積が大きくなると温度も上昇するという話ではなかった気がしますが・・・

参考URL：

http://homepage2.nifty.com/eman/thermo/adiabatic.html

回答No.1

N64

私も小学校か中学校でそのように習いました。先生は「断熱膨張」という言葉を使っていたような気がします。容器のピストンを急激に引いて体積を膨張させると、中の気体の温度が低下します。その逆の例は、空気入れです。ピストンを急激に押すと、空気入れの中の空気の温度は上昇します。空気入れでは、急激に引くことはできませんが、注射器ならできますね。