コップの水は、沸騰してもいないのに、なぜ、減っていくの?

 前回の『状態変化』で説明した通り、物質を加熱すると、
その状態は、「固体」から「液体」、そして、「気体」へと
変化していきます。

 氷を加熱すると0℃で液体に変化し、さらに過熱すると、
100℃で沸点に達して、水蒸気に変化します。

 

 そして、「融点:物質が固体から液体に変わる温度」や
「沸点:物質が液体から気体に変わる温度」は、物質の
種類によって異なります。

 又、この物質の種類によって異なる「融点」や「沸点」の
違いを利用して、混ざり合った物質を分離させることが
出来るのですが、この話は、別の機会に紹介します。

 ところで、暑い夏に、コップの水が、いつの間にか、
減っていることに気付いたことはありませんか。

 

 コップの水で考えなくても、雨が少なく、空梅雨の
年などは、ダムの水位が下がっている映像を見られた
ことはありますよね。

 

 ところで、コップの水やダムの水が減っていくのは、
蒸発しているからだということは容易に想像がつくと
思いますが、何故、100℃になっていないのに
水蒸気に変化するのでしょうか。

 先ほど、水を加熱して沸点(100℃)になると
水は水蒸気になると説明しましたが、水が水蒸気に
変化するためには、必ず、沸点に達しなければならない
という訳ではありません。

 では、何故、コップの水やダムの水が減っていくのか
について、順を追って、説明しましょう。

空気中に含まれる水蒸気

 空気中には、酸素や二酸化炭素が含まれていることは
ご存知かと思いますが、最も多く含まれいているのは
窒素で約78%の比率です。

 その他にも、アルゴンという成分が約1%含まれています。

 それ以外に含まれているのが水蒸気ですが、場所や時間に
よって比率が大きく変化(約1%~4%)するため、
一般的には、乾燥した空気での比率で表されます。

 いずれにせよ、大事なことは、目には見えませんが、
空気中には、水蒸気が含まれているということです。

 

 次に、空気中に含まれる水蒸気の量の違いについて、
説明しましょう。

 天気予報を見ると「今日は、湿度が低いため、洗濯
日和です」というように、「湿度」によって表されるのが
空気中に含まれる水蒸気の量なんです。

 水蒸気の量、すなわち、湿度は、場所や時間によって
異なると言いましたが、主に、温度が原因しています。

 では、温度の異なる空気の状態を見てみましょう。
(ただし、実際には見えませんので、イメージとして
捉えてください)

 

 このように、温度の高い空気の方が、温度の低い空気よりも、
その中に含まれる成分の量が少ないのです。

 気体に熱を加えると、その気体の運動量が増えることによって、
気体の体積が膨らむため、同じ体積当たりに含まれる気体の量は
少なくなるのです。

 つまり、温度の高い空気は、その中に含まれる気体の間に、
たくさんの隙間がある状態です。

 この隙間に、水の表面の”元気のよい”水が、空気中に飛び出して、
水蒸気となるのです。

【Dr.Keiのワンポイント・アドバイス】

 気体に熱を加えると、その気体の運動量が増えて、
  気体の体積は大きくなる。

 「熱を得た空気が元気になって活発に運動する」
というイメージです。

 温度の高い空気は、同じ体積当たりに含まれる
  気体の量が少ない。

 同じ体積当たりに含まれる気体の量が少ないということは、
軽いということです。熱気球は、気球の空気に熱を加えることで、
上昇しますよね。

 温度の高い空気には、多くの隙間があるので、
  多くの気体を含むことができる。

 夏の雨上がりがムッとする暑さなのは、多くの水蒸気を
含んでいるからなんですね。