中２理科 雲

質問

雲ができる課程で、「空気が膨張すると気温が下がる」とあったのですが、

なぜ、空気が膨張すると、気温が下がるのでしょうか？

教えてくださいｍ（＿＿）ｍ

回答No.3

noname#208392 · ベストアンサー

膨張でいいんです。
圧力が低下することが本質的な問題ではありません。
気体が外に向かって仕事をすること、つまり膨張することが温度を下げる原因になっています。
現象は、まえの方の書かれた通り、注射器を勢いよく引くというようなことで観察できます。
おもちゃの注射器でできます。私、やったことありますから。

膨張すると温度が下がりますが、逆に圧縮すると温度が上がります。
これは、自転車のタイヤに空気を入れた後にポンプを触ってみると暖かくなっているというようなことで現象が観察できます。

理論は高校の物理で習います。
ある基本的な法則から、気体が膨張するときの圧力・温度・体積の関係を導き出すことになりますが、その関係を散文的に書くと#1の方の説明のようになります。
膨張と言っても、いろいろな膨張の仕方がありますが、今話をしているのは「断熱膨張」といわれる種類の話です。

気体の塊は、膨張するときに外からの圧力に逆らって自分を押し広げなければなりません。
押し広げるのにエネルギーが必要で、使ったエネルギーは温度の低下として観察される、というわけです。
雲ができる話の場合、周りの圧力が低いのですから、気体の塊が勝手に膨張するのは当然ですが、エネルギーの消費なしで膨張しているわけではありません。
大人と子供が綱引きをして力の強い大人が勝つ、という話に似て、楽に勝ったからといって力を出していないわけではないのです。

周りが全くの真空だったらどうなるか・・・・という話は、考えないことにしましょう。
高校生や大学生の一般教養レベルの断熱膨張の理論では、そのような極限の話は扱えません。

フェーン現象は、この気体の膨張・圧縮と水蒸気の凝結の合わせ技です。
空気が山を駆け上っていくときに、気温が下がり雲ができます。雨も降るでしょう。
ところが、水蒸気が水になるときに空気が水蒸気の熱を吸い取りますから、乾いた空気の場合より温度の下がり方は緩やかです。
次に水蒸気を水にして落としてしまった空気が、山を駆け下っていくとき、今度は空気が乾いていますから、温度の上がり方は湿った空気の温度の下がり方より急になります。
ですから、山を挟んで風上側と風下側では風下側の気温が高くなるのです。

お礼

回答ありがとうございました。

やっと仕組みがわかってすっきりです^^*

回答No.2

noname#189506

理論はすでに言われていますので補足を...

正確には「膨張」では無く、「圧力の低下」です

圧力を下げる実験をすると、「雲」のようなものが
発生する実験はやりましたか?

注射器の先端をふさいでおいて、ピストンを思いっきり引くと(圧力は下がりますが)
中に雲が出来たり、内側に水滴が発生したりします

地球上でも、1000m高度を上げると、6度下がるのは気圧が下がるときに、起こる現象ですね
気象的には、このときに雲が出来やすくなります

したがって、上昇気流のときに雲が発生するというのが雲の発生の
メカニズムとしてあるわけです

逆に気圧を上げると(高度を下げていくと)1000mあたりでは6度以上に上がってしまいます
これが、気象で言う「フェーン現象」ですね
夏、南風が吹くと、山の北側が異常な暑さになることですが...

この「圧力」による気温の変化は、地球温暖化では論じられませんが、
大気が1気圧だから、一定の温度を保てるのですが...温暖化の科学者には耳が痛いかな?

おっと...これは余談でしたね

回答No.1

Saturn5

中学３年生で「仕事」というのを習います。
社会的な意味は「労働」ですが、理科的な意味は力をかけて距離を動かすことです。
仕事＝力〔Ｎ〕×距離〔ｍ〕で表されるのです。

空気を圧縮するとき、外から押さないといけません。
ですから、外から空気に対して仕事をしたことになり温度が上がります。
空気が膨張すると言うことは、その空気が外に向かって押し進んだことになり、
空気が外に対して仕事をしたことになり、温度が下がります。

この原理を利用したのがエアコンです。
夏は、室外機で冷媒を圧縮して温度を上げ、それを外に出します。
その冷媒を室内機に引き込み、膨張させると熱を奪います。

お礼

エアコンってそういう仕組みだったんですね！
だから夏に室外機の前を通るとあったかい空気がでてたんだ・・・('' )!!

参考になりました。