• ベストアンサー

ボイルシャルルの法則と相図

細口のガラス瓶に水を半分ほど入れて加熱して沸騰させる。そのあと加熱をやめて固く栓をして放置するとすぐに沸騰がとまる。 そのあとに瓶の上部を冷やすと再び沸騰するらしいのですが、この現象ってどうしておこるんですか? ボイルシャルルの法則とか相図を見たのですが全くわかりません。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • htms42
  • ベストアンサー率47% (1120/2361)
回答No.1

加熱は口を開けた状態で行われています。 沸騰を続けると空気は追い出されますからガラス瓶内の空間には水蒸気だけが存在していると考えていいでしょう。蒸気がどんどん外に出ている状態であれば蒸気の圧力は大気圧よりも少し大きくなっています。その温度での飽和蒸気圧は水面にかかる圧力よりも大きくなっています。水面からだけでなく水の中からも気体が生じて蒸気を供給しています。上の空間の蒸気圧が飽和蒸気圧に等しくなれば平衡になって沸騰が止まるのですが外に逃げているので蒸気が溜まりません。蒸気が逃げている限り沸騰は続きます。 加熱を止めて栓をします。上の空間には蒸気が溜まります。上の空間の水蒸気の圧力はその温度での飽和蒸気圧に等しくなっています。平衡が実現しています。水温はすぐには下がりませんのでまだかなり熱いです。沸騰したときの温度に近いです。 瓶の上部だけを冷します。その部分の水蒸気が水滴に変わります。瓶の中の水蒸気の量が急に減りますので水蒸気圧が小さくなり平衡が破れます。水の蒸発が新たに起こって平衡を取り戻すことになります。空気がありませんので液面にかかっている圧力は水蒸気圧だけです。液面にかかっている圧力は飽和水蒸気圧よりも小さいですから表面からだけでなく内部からも水蒸気が発生することが可能になります。 はっきりとした沸騰が起こるためにはこの圧力差がある程度ないといけないと思います。高い温度での方が飽和水蒸気圧が大きいので冷やしたことによる圧力変化が大きくなります。温度が下がってから上部を冷やしても観察できなくなるでしょう。 栓の位置を変えることが出来るような工夫をしても沸騰が起こります。冷やす代わりに上の空間の体積を大きくするのです。

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。

関連するQ&A

  • ボイルシャルルの法則の熱の出入りについて

    熱力学の法則であるボイルシャルルの法則は PV/T=P'V'/T'でありますが、この時の熱の出入りは どう考えたらよいのでしょうか? 系の内外で熱の出入りがあることを前提としており、 断熱変化ではないと思っているのですが、 それであってますか? 具体例として、シリンダとピストン (例えば、先を閉じた注射器) を考え、ピストンを押し下げると、 シリンダは温度が上がり、熱くなります。 これはシリンダ内の気体分子のエネルギーが 高くなり熱に変わった部分が熱くなるためと思ってます。 ところが、これをボイルシャルルの式に当てはめると 例えば、ピストンを半分押し下げた場合を考えると 圧力は2倍になり、体積は1/2になりますので、 PV/T=(2P・(1/2V))/T'となり、 T=T'となります。つまり温度が変化しないことに なります。実際には温度は上がるはずです。 これはどう説明すればよいのでしょうか? 系(シリンダとピストン)と外部とで熱の出入りがある、 つまり等温変化(でいいのかどうか?)を前提とするならば、 この式は成り立つと思います。 ところが、これが断熱変化だとした場合、 系の内外で熱の出入りがないと思いますので 純粋にシリンダの温度は上がると思います。 この考えであってるのでしょうか? だとしたら、断熱変化ではボイルシャルルの式は 成立しないものなのですか?

  • ボイルシャルルと比例が苦手です・・・・

    ボイルの法則・・気体を半分に圧縮すると圧力が2倍に上がる。ただし、これは気体の温度が一定の場合に限る。 シャルルの法則・・温度が2倍に上がれば、気体の体積Vは2倍に膨張しますね。ただし、これは圧力が一定の場合です。 教えてほしいところ ・なぜ、それぞれ温度が一定または圧力が一定の場合に限るんですか?? ・また、体積が1/2になるとシャルルの法則より温度は体積に比例するので温度変化しませんか?? ・y=axでyが2倍になったらxも2倍になりますよね?? 熱の分野、初学者です。教えて下さい

  • ボイルシャルルの法則の実験、高校物理(初学者)

    (1)ボイルの法則の実験 シリンダーに気体をいれ、ピストンを引くと、温度は下がるので、少し放っておく、すると、温度は一定になる。体積は上昇し、内部の気体の圧力は減少する。 (2)シャルルの法則の実験 シリンダーに気体を入れ、加熱すると、気体はピストンを動かすが、外圧と、内圧は釣り合ったままなので、気体の圧力は変化しない。 (疑問) (1)では気体の圧力は変化し、(減少した)(2)では変化しなかった(外圧=内圧のまま)のはなぜでしょうか?

  • 化学IIで状態方程式(orボイルシャルル)を使いたいのですが…

    (問題) "標高3800mの高地に出かけ、実験を行なった。 上端が閉じ、下端に開口部のある長さ20cmのパイプを沈めた。 水圧のために、ある深さでパイプのちょうど半分まで水が入り込んだ。 内部の空気は、初め大気の温度である27.0度であったが、 水中ではその深さでの水温7.0度との平衡になっている。 このとき水面からの深度dを求めよ。 気体の溶解および蒸気圧は無視できるものとする。 ただし、当地の気圧は6.30×10^4(Pa)で、水銀の密度13.6g/cm^3, 水の密度1.00g/cm^3, 1.00×10^5(Pa)の水銀柱の高さは76.0cmに相当するとし、答えは有効数字2桁で示せ。" (解答) 空気についてパイプの容積をVとすると、ボイルシャルルの法則から次の式が成立する。 0.630×10^5×V / 273+27.0 = {(d / 13.6×76 + 0.630)×10^5×V / 2} / 273 + 7.0 上記を整理して、d≒562 なのですが。 どうしてここでボイルシャルルが使えるのか (何とつりあっているのでしょうか)、 また、d / 13.6×76 で一体何の気圧を出しているのか疑問です。 GW中ですが、お時間のあるかたお願いします!

  • 密封容器内の圧力の求め方

    『水と空気の入った密封容器を加熱し、その容器内の圧力を求めよ』という問題を考えています。 どうしても答えが導き出せないので、いくつか質問させていただきます。 ※<加熱前の空気の温度、圧力、体積、水の量>、そして<何度まで加熱 するか>ということは分かっています。 (1)『ボイル・シャルルの法則』を用い計算し、その答えが加熱後の容器 内の圧力になるのでしょうか。 (2)上記の条件の密封容器を加熱すると、空気の圧力は高くなると思うの ですが、その場合水の沸点も上がると考えて良いのでしょうか。  また、沸点が上がった上、密封されているということは、容器内で飽 和状態が続き、沸騰しないのでしょうか。 密封容器内の圧力を求める問題を解くときに、使用しなければならない法則等ありましたら、教えていただけると幸いです。 宜しくお願い致します。

  • 気相の体積変化の問題

    すいません、またわからないので教えてくださいm(_ _)m 『ビーカーに水を入れて加熱したあとそのお湯を三角フラスコに入れてガラス管つきゴム栓をつけてそれに注射器をつなぎます。 そして注射器のシリンダーを引くと気相の体積が増加して水が沸騰する』 という実験なんですけど、沸騰した理由がいまいち理解できなくて、、、 どなたか詳しく教えてください><お願いします!!

  • ヘンリーの法則での計算問題

    ヘンリーの法則を用いた計算で分からなくなってしまったことあるので誰か教えて下さい。 解いてた問題は 47[℃] 1×10^5[Pa] において酸素は1[L]の水に標準状態に換算して22.4[ml]溶ける 。次の問いに答えよ 47[℃] 2×10^5[Pa]で 2[L]の水に溶ける体積は標準状態ではかると何mlか? です。 答えは90.6mlなんです。しかし僕の解答では179mlになってしまいます。 考え方は絶対温度に直した上で 320K  1×10^5Pa 水1Lに 標準状態換算で 22.4ml溶けるので 320K  1×10^5Pa 水1Lには換算しなければx[ml]として 換算しなおすと シャルルの法則より 22.4ml/273K =x[ml]/320K x=26.25[ml] ここで320K 2×10^5Pa 水2Lに溶ける量 y[ml] さらに標準状態換算したときに z[ml]とすると ヘンリーの法則より溶ける量は水の体積、圧力に比例するので y= 2×2×x=105.0ml よってボイルシャルルより 2×10^5 ×y/320 = 1×10^5 ×z/273 z=179[ml] です。どこがいけないのでしょうか。。。

  • ストークスの法則の問題

    次の問題の解き方を教えていただけないでしょうか。 (問題文そのままです) 水の入ったビーカーの中に、球形をしたガラス微粒子を入れてよくかき混ぜて放置した。水深を0.1mとするとき、10時間後も沈まないガラス微粒子の大きさを求めよ。ただし、ガラス微粒子の比重を3×10^-3[kg/m^3]とし、ガラス微粒子の落下運動にはStokesの法則(F=6πavη)が成り立つものとする。 「10時間後も沈まない」というのがよくわかりません。 以前に、ストークスの法則自体をあまりよく理解していないので、これを含め解説していただけますと幸いです。 よろしくお願いします。

  • ボイルシャルルの法則についてです

    ボイルシャルルの法則についてです (V:体積、P:圧力、T:絶対温度) ボイルの法則より、 V=K・1/P また、シャルルの法則より V=K'・T これをまとめて、ボイルシャルルの法則 V=K''・T/P となることは納得出来るのですが、 この式のK''はさっきの式のKとK'をまとめたものなので K''=K・K'としていいのでしょうか?また、ボイルシャルルの法則は上2式をそれぞれ個々に説明することができますか?(ボイルシャルルはPとTの情報を含んでいるが、上2式の、Pのみ、Tのみの体積との関係式をボイルシャルルの式で表すことができるのか)

  • ボイルシャルルの法則。

    ボイルシャルルの法則で窒素ガス容量の計算について質問です。 2lの容器に110キロまで窒素ガスを補充したいのですが、現在手元にあるボンベは10l容器に110キロ窒素ガスが入っております。 そこで2l容器2つに110キロまでガスを補充は可能ですか? また、不可能な場合。10l容器のボンベで150キロ入っているものであれば可能でしょうか? 計算方法も一緒に教えて下さい。