断熱膨張と熱膨張はどう違う?

質問

雲のでき方を調べていて、

空気が暖められる→膨張→上昇→温度が下がる→雲

でいいと思うのですが、
「暖められる→膨張」　が熱膨張で、
「膨張→温度が下がる」が断熱膨張だと書かれていました。
これって熱膨張してから断熱膨張するってことでしょうか?
なんか矛盾しているような気がします。

断熱膨張と熱膨張はどう違うのでしょうか?

回答No.5

Bubuca

こんにちは　＃３です。

＞雲のできる過程で熱膨張と断熱膨張が同時に起こるというのが

暖められた空気が膨張して周囲の空気より軽くなって上昇します。
ここは熱膨張ですね、熱源は主に地表からの輻射です。
上昇すると熱源はなくなりますが、上空で気圧が下がるのでさらに膨張します。
気圧が下がるのは重力の影響です。
ここで起きているのが断熱膨張です。熱源がないのに膨張してしまうので温度が下がります。
空気に含まれる水の量（水蒸気圧）は温度に依存しますから、温度が下がれば結露します。
こうして水が気体から液体（液滴）になって空中に浮遊しているのが雲です。
さらに温度が下がれば氷の粒になっています。

ここで、地表と同じ温度に戻る程度でしたら雲は発生しないでしょう。
でも、もとの気温よりも低くなる事のほうが多いと思います。
こちらのリンクを参考になさってください。
http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/whitep/1-1-1.html

高度と気圧と温度の関係です。
わかりやすくするために高度と気圧は比例するとしてあるようです。
絶対温度で表示されているので、273°Kが0℃です。
地表の温度は273+25=298度になっています。
富士山頂程度で0℃くらいでしょうか。
雲があるのは高度５００ｍから１０ｋｍくらいといわれています。
夏の入道雲（積乱雲）の頂上は１５ｋｍくらいまであがるそうです。
積乱雲の頂上が平たくなるのはそのあたりでしょうね。
リンクのグラフから読むと氷点下30度以下になっていそうです。

熱膨張した空気が上昇すればするほど周囲の気温や気圧は下がりますから、上昇の速度は上がるでしょう。
周囲との熱交換の速度よりも上昇速度が速いので断熱膨張になってしまうんでしょうね。

なんだか余計な話までしてしまったようです。

お礼

お礼が遅くなり申し訳ありませんでした。

回答No.4

ymmasayan

No.1です。補足します。

>　「熱膨張」「断熱膨張」が同時に起こるというのがまだちょっと納得いきません。
暖まる→熱膨張する→軽くなる→急速に上昇する→上空は気圧・温度が低い→まず断熱膨張する→温度が下がる
→周囲から更に冷やされる

断熱膨張の過程で湿度が１００％を超えて雲が出来、それが更に雪・雨・雹・霰などになります。

冷えた空気は重くなってまた地上に降りてくるでしょうね。
そういう意味ではおっしゃるように空気は循環しているでしょう。

お礼

回答が遅くなり申し訳ありませんでした。

回答No.3

Bubuca

こんばんは

ちょっと例えで考えてみましょう。
体育館に50人の生徒がいます。
おやつを配ったら元気を出して体育館いっぱいに動き回るようになりました。
一人一人を分子と考えて、エネルギーを与えて運動量が増えて膨張したようなものです。これが熱膨張です。

今度は強制的に体育館の中を走り回らせました。
外からエネルギーを貰っていないので、自分たちのエネルギーを使って走り回って疲れてしまいました。
エネルギーを与えずに無理やり膨張させたので、運動するために自分の内部にあるエネルギーを使ってしまって、温度が下がったのです。これが断熱膨張です。

ちょっと大ざっぱな話ですみません。

お礼

大変分かりやすい例で、イメージが湧きました(゜o゜)
質問内容とずれてしまうのですが、
雲のできる過程で熱膨張と断熱膨張が同時に起こるというのが
まだちょっと分かりません。

回答No.2

fuuraibou0

断熱変化は、外部との熱交換がない（外から温めたり、冷やしたりしない）状態変化ですが、気体の場合、圧縮して体積を収縮させると温度が上昇し、膨張させると温度が降下します。すなわち、断熱膨張では温度が下がり、

パンパンに張った風船の口を開けると、中で圧縮されていた空気が外に出て広がり（膨張して）温度が下がって冷たく感じたことはありませんか？

それに反して、外部から熱を与えて体積を膨張させるのが熱膨張です。

お礼

熱膨張と断熱膨張の違いは熱による変化かどうかってことみたいですね。

回答No.1

ymmasayan

注射器で説明するとわかりやすいでしょうか。
注射器に空気を入れ外から暖めると空気が膨張してピストンが押されます。これが熱膨張です。
一方、同じく元の状態で外からピストンを引いて空気の体積を膨張させます。
このとき空気の圧力と温度が下がります。これが断熱膨張です。
つまり熱の出入りを禁止して膨張させているのです。
時間が経つと外部から熱が供給され内部の温度と圧力が変化します。
この状態が非断熱膨張です。

まとめると自分で膨張するのが熱膨張、外部から膨張させられるのが断熱膨張ということになります。

お礼

熱によって膨張するのが「熱膨張」、
熱と断絶した状態で膨張するのが「断熱膨張」
ということみたいですね。
ですが、それが同時に起こるというのがまだちょっと納得いきません。
雲ができるのは
「膨張→上昇→温度が下がる」ではなくて、
「膨張→上昇・温度が下がる」ということでしょうか？
温度があがってからまた下がるということは循環しているということでしょうか?