水に溶け込む空気について

質問

水道配管の水圧試験を空気が混ざったまま行うと、圧力降下が起きます。圧力がかかっているので空気が水に入り込むと聞きましたがその通りでしょうか。また、圧力と溶け込む程度には関係式があるのでしょうか。

回答No.3

htms42 · ベストアンサー

「圧力降下」と書かれていることにについてです。

空気が混ざると「圧力降下」が起こるのではなくて「十分な加圧」が出来なくなるということだと思います。
溶けている空気が水に溶け込むというのを問題にされているのは溶け込む事によって圧力が下がるというイメージで考えられているからではないでしょうか。

液体を圧力伝達の媒体として使っている場合は気体を使っている場合に比べて伝わり方が速いです。これは＃１でも書かれているように液体と気体の圧縮率の違いが大きく効いています。気体に比べて考える時は液体は力を加えても圧縮が起こらない流体として考えても十分です。
一方の端で加えた圧力がすぐに他方の端に伝わります。その場合、ピストンの移動量はほとんど無視できます。１０気圧かけても２０気圧かけてもほとんどピストンは動きません。気体であれば１気圧を２気圧にするだけで体積を半分にする必要があります。ピストンの移動量が大きくなります。もし水の中に空気の泡が混じっていれば加圧によって全ての気体が水に溶け込んでしまうまで泡はなくなりません。泡の体積にほぼ等しいピストンの移動が必要だということになります。

自動車のブレーキで言うと油圧のパイプの中に泡が生じているとフットブレーキの踏み代分だけの踏み込みではパッドを十分な力でディスクに押し付けることが出来なくなるということです。

自動車の免許講習のときに「ブレーキの油圧パイプの中に泡が生じるとブレーキがきかなくなる」ということを習います。ブレーキを踏み続けると摩擦熱で温度が上がって泡が生じる事があるという理由でエンジンブレーキを使い、フットブレーキは断続的に使うという教習が行われています。

お礼

ありがとうございます！
圧力が下がるというのは、水に溶け込むというより、圧縮性である空気の収縮が最も影響しているのですね。温度の影響もあるでしょうし納得です。考えてた視点が少しずれてたようです。
ブレーキの例、理解しやすいです。具体例ありがとうございます。

回答No.2

debukuro

溶け込みます
水道水を容器に採ると気泡が発生します
これは加圧によって水に溶け込んだ気体が減圧によって析出してきたからです
溶け込む量は圧力に比例します

お礼

ありがとうございます！
身近な例を頂くと視野が広がります。

回答No.1

chem-lupin

水道配管の試験については、存じませんが、水に溶け込む気体量と圧力に関しては、ヘンリー則と言うものがあります。（式でも表現されます。成立条件などもあるので、適切な教科書・文献を見て下さい）高校化学辺りで、扱っていると思います。
但し、理想的な場合に成り立つので、水圧試験の条件によっては、この式からズレてしまうかもしれません。（加圧条件によっては水温が変わることもあるので、式が成り立つ条件が成立しないこともあります。水圧試験の条件が判らないので、何ともいえません）

個人的な考えですが、圧力降下について、
空気が水に溶け込まないとしても、例えば温度一定であるとして、気圧が倍になれば、気体の体積は半分になります（ボイルの法則）が、液体である水は圧力が倍になっても体積は半分にはなりません。この液体と気体では体積の減り方が異なることに起因しているような気もします。（試験装置・条件にもよると思いますし、確証はありません）

お礼

ありがとうございます！
ヘンリーの法則ですか。化学は苦手だったからなぁ。
これを機に学生時代の教科書も見直してみます。