中学理科と雲のでき方

質問

雲のでき方について質問があります。
中学校の理科のテキストに
フラスコに空気と水を入れて、密封し、それを注射器付のゴム管でつないでおく。ここで、注射器を引いて、フラスコ容器内の気体の体積を膨張させると、フラスコ内の温度が下がり、露点に達し、凝結する。これが雲である。
という旨の記述があります。
（参）http://www.fdtext.com/txtpdf/r2t_04.pdf

これはボイルシャルルの法則からするとむしろ逆なのではないのでしょうか？（つまり、Vが大きくなると、Tも大きくなる＝温度上昇）

仮にこの場合、圧力が低下し、その仕方が大きく、全体として温度が下がるとしたなら、端的に圧力下降により、温度下降が起こり、雲ができるとした方がすっきりするのでは、と思うのですが。

どなたか、理解の仕方を教えてください。

回答No.2

noname#62864 · ベストアンサー

「圧力下降により、温度下降が起こり、雲ができる」という考えは正しいと思いますし、実験の意味するところも同じだと思います。

ただ、これをボイルシャルルの法則に結びつけることに無理があると思います。
つまり、Vが大きくなって、Tも大きくなるということに関しては、「気体の量（分子数）が一定で、内部の圧力を同じに保つためには、温度を高くしなければならない」というのがボイルシャルルの法則の意味するところであって、内部の圧力を体積膨張以前と同じにするためには、外部から加温してやる必要があります。

ところが今回の実験においては、フラスコ内の圧力は外部と同じではありませんし、そうならなければならない理由もありません。また、注射器を引くことによって、フラスコ内部の気体が外部に対して仕事を行っていますので、内部からエネルギーが奪われ、温度が低下することも必然的なことで、これもボイルシャルルの法則とは無関係です。
もちろん、時間が経てば、周囲と同じ温度になるでしょうが、体積が増えたことには変わりがありませんので、内部の圧力は１気圧以下にしかなりません。

つまり、この実験においては、内部の圧力を外部と同じにする必要性は全くありませんし、内部の圧力を低下させること自体が温度の低下をもたらし、雲の発生の原因のになっているということです。
したがって、ボイルシャルルの法則が特別な関与をする余地はないということです。

回答No.3

space-alien

中学理科であれば、もっと簡単に考えてはだめですか？（高校生です）

　ちょっと湿った空気が、山に当たり、上昇し（気圧が下がる）、温度が下がることにより、雲が出来る。
・ ・・あまりにも　簡単すぎますか？

　上記が簡単すぎるのであれば、Ｎｏ１サンの回答のとおり「断熱膨張」を理解させようとしているのではないでしょうか。（エアコンが冷える場合。（圧縮して、急激に膨張させ温度を下げる。））
ボイル・シャルルにも一致します。

　《注射器を引いて、フラスコ容器内の気体の体積を膨張させると》？？・・・体積はフラスコ内の容量で一定。圧力が下がります。

　ボイル・シャルルの法則は、体積が一定（フラスコ容器内の体積）であれば「圧力が減少→温度は低下」で　一致していると思います。

回答No.1

ctrpiv

すごい面白い疑問だったので、考えてみました。
考えてもわからず、高校の化学の参考書を引っ張り出してみてもわからず、地学の参考書の雲のでき方を見てみました。

それによると、どうも「断熱膨張」がキーらしいです。

フラスコの例も、山による上昇気流も、断熱変化（＝周囲との熱の出入りが無い）とみなせますよね。この場合気体が膨張しているので断熱膨張です。

断熱膨張は外に向かって仕事をするので（体積が増えるというのは外に向かう仕事ですね）、気体自身はその分エネルギーを失って温度が下がるとのことです。

これが正しい答えですが、僕自身はあんまり詳しくわかりません。

あんまり詳しく理解していないのでボイルシャルルの法則との兼ね合いがよくわかりませんが、この場合PもVもTも全部変化するので、Vが上がってTが下がっても、その分Pが下がれば一応は矛盾しないと思います。