熱湯からビーカーが受ける圧力の正体

質問

ビーカーに入った水を熱すると、水分子の運動が激しくなって、ビーカーの壁への圧力が高まりますよね。この圧力の正体は何でしょうか。
Ａ．水分子の運動エネルギー、mv²。
Ｂ．水分子の外殻電子とガラス分子の外殻電子の間に働くクーロン斥力、cc/l²。
Ｃ．その他。

クーロン斥力が働くはずなので、水分子はガラス分子に接近しても反発を受け、接触ないし衝突はできないような...。物理の素質が無くてすみません。

回答No.4

maskoto · ベストアンサー

更に補足です
ビーカーが密閉されている場合はまた話しが異なります
密閉容器だと熱を加える事によって、水分子の運動が盛んになります
そうすると、水分子が容器内壁にぶつかる回数も、一回一回の衝突による衝撃力も増大する事になります
これが原因となって、密閉容器の圧力は増大することになります
ただ、この場合でも微視的にみれば
先ほどと同じで
衝撃力を伝える原因は電子どおしの反発力
と言う事になります

お礼

圧力鍋の場合も解説してくださり、ありがとうございます。

回答No.3

maskoto

時間ができたので補足です
水温の高低に関わらず圧力の正体は、
水分子が容器内壁に衝突するときの衝撃力の現れであると考えられます
この意味では、圧力は水分子の速度と関係していると言えます

で、もっとミクロな世界に踏み込んでいくといわゆる「4つの力」の一種である電磁気力が関係してきます
水分子が内壁に超接近したとき、(これを我々の眼は水分子が内壁に接触したと捉えます。でも、本当は僅かに距離が残り完全には接触してはいない状態です)、水分子の外周に存在する電子と、内壁を構成する原子の外周に存在する電子の間に、電気的な反発力が強く働くので、水分子が厳密には内壁原子と接触していなくても、内壁は(クーロン力により)外側へ押される事になるのです
あたかも、棒磁石1のN極に、棒磁石2のN極を近づけたら、棒磁石1は触れられてもいないのに棒磁石2からの作用で吹っ飛んでしまうときの力の様子と同じです

まとめると、圧力の正体は
大きな視点なら、水分子の衝突の力の現れ
小さな視点なら、電子どおしの反発力の現れ
と言えます

回答No.2

maskoto

ビーカーが密閉されてないなら
水の温度が上がっても、ビーカー内壁への圧力は(ほとんど)変わりません

回答No.1

ohkawa3

ビーカーに水を入れた状態であれば、加熱しなくても、水の質量を支えるためにビーカーのガラスに応力が加わります。
ご質問は、上記の加熱しない場合と比べて、加熱した際に、どのようの応力が変化するかを知りたいということでしょうか？

水分子の運動エネルギーとかクーロン力などを考える前に、マクロな応力の状況を把握することがよさそうに思います。

加熱した際に、ガラスに付加的加わる応力は、ガラスの内面と外面の温度差に基づく熱応力が主体になると思います。