大気中の水蒸気の変化

第２章大気中の水蒸気の変化（教p242～）
１空気中の水蒸気の変化
目に見えないが空気中には水蒸気が含まれている
→これらはどのようなときに水になるのだろうか？
（教p243図８の実験）
ペットボトルの温度を下げると内側がくもる
→水蒸気が水滴に変化する
ペットボトルの温度を上げるとくもりが消える
→水滴が水蒸気に変化する
つまり、水蒸気は冷やされると水滴に変化する
※このような気体→液体の状態変化を凝結という
○露点
水蒸気を含む空気が冷え、水滴ができ始める温度の
こと
露点の高い空気ほど多くの水蒸気を含んでいる
（実験１）露点をはかろう
（目的）露点を測定することで、空気中にどのくらい水蒸
気が含まれているか調べる
（材料・器具）温度計・セロハンテープ・金属製コップ・氷
（方法）
①はじめに気温を測った後、金属製のコップにくみ置き
の水を入れ温度を測る
②氷を入れた試験管を用いて水温を下げ、コップの表
面がくもりはじめたときの温度を読む。
（結果）
はじめの温度：
くもりはじめの温度：
（考察）
露点：
このとき空気1m3中には何gの水蒸気が含まれている
か？（教p244図9を参考に）
○飽和
水蒸気をそれ以上含むことのできない空気の状態
○飽和水蒸気量（g/m3）
ある温度で1m3あたりの大気が含むことのできる最大
の水蒸気の質量（g）
（温度が高いほど飽和水蒸気量は大きくなる）
①例えば、30℃で17.3gの水蒸気を含む1m3の空気の
飽和水蒸気量は30.4であるから、30.4gまで水蒸気を含
むことができる
②グラフより20℃の飽和水蒸気量は17.3であるから、①
の空気は20℃で露点に達し、凝結が起こる
③そのまま10℃まで冷やすと、10℃の飽和水蒸気量は
9.4であるから17.3－9.4＝7.9gの水蒸気が凝結して水
※水蒸気の凝結と飽和水蒸気量
滴になる
○（相対）湿度
ある温度での飽和水蒸気量に対して、実際に含まれて
いる水蒸気量の割合
相対湿度＝実際に含まれている水蒸気量（g） ×100
その温度での飽和水蒸気量（g）
（%）
つまり、同じ水蒸気量でも気温が高ければ湿度は低く
なり、気温が低ければ湿度は高くなる
（教p245問い）
① 12（g）÷30（g）×100＝40（%）
② 12.8（g/m3）×0.5＝6.4（g）
（例題）右の図は飽和水蒸気量と温度と
の関係を表している
（1）30℃の空気は1m3中に最大何gの
水蒸気を含むことができるか
30.4g
（2）Aの状態にある空気の露点は何℃
か
10℃
（3）Aの状態にある空気10m3を、水蒸気の出入りなしに
0℃まで冷やすと何gの水蒸気が凝結するか
（9.4－4.8）×10＝46g
（4）Bの状態にある空気の相対湿度は何％か
100%
（5）Bの状態にある空気を30℃に温めた時の相対湿度
は何％か
9.4÷30.4×100≒30.9%
（トピック；教p246）
○霜を防ぐ工夫
霜がおりる原因の1つは放射冷却によって地面が冷や
されるため
→それを防ぐため、ファンを回して上空の暖かい空気
を混ぜ合わせている
○乾湿計でなぜ湿度がはかれるのか
水が蒸発する（液体→気体の状態変化）が起きるとき、
周りから熱を奪っていく
この周囲から奪っていく熱の量は、湿度が低いほど大
きくなる
→これを温度計で測ることにより、その差から湿度を
求めることができる
２雲ができるわけ（教p247～）
大気圧（気圧） ※マクデブルグの半球 ※大気圧（コップ） ※大気圧で机を持ち上げる
その地点より上にある大気の重さによる圧力
→上空ほど大気が少ない＝気圧が低い
（便覧87-2C）
※大気：地球を取りまく気体のこと
※空気：大気のうち地表面に近い部分
上空の気圧は、高度が約5.5km高くなるごとに半分に
なる
山に登ると
○周りの気圧が低いため、お菓子の袋が膨らむ
山頂（外気圧低）
地上
⇒
※飛行機は上空約11km程度を飛ぶとすると、その
高度の気圧は地上の約1/4
→飛行機の機体も上空を飛ぶとき膨らむ
※富士山頂実験室（水の沸騰実験）
○水の沸騰する温度が低くなる ※気圧低下によるお湯の沸騰
山頂（外気圧低）
地上
⇒
100℃で沸騰
100℃未満で沸騰
※水が沸騰すると周囲から熱を奪うので、冷たくなる
○気圧の単位
アトム
海面での気圧を1気圧（atm；atmosphere（大気））とする
1気圧＝101325Pa（パスカル）
≒1013hPa（ヘクトパスカル）
※h（ヘクト）は100の意
（教p248図14）
また、気温は一般に上空ほど6℃/kmずつ減少する
雲のでき方
（実験２）雲ができるようすを調べよう
（目的）雲はどのようにしてできるのか、その生成条件を
調べる
（材料・器具）丸底フラスコ・スタンド・注射器・ゴム栓・温
度計・線香・マッチ・風船・ひも
（方法）
①右図のような装置を作り、ピストンをすば
やく引いて、フラスコ内の様子を観察する
②フラスコ内を少量の水でぬらし、線香の
煙を入れる。その後、ピストンを押したり
引いたりして①と同様に観察する
（結果） ①のとき温度：低下する
風船の様子：膨らむ
フラスコ内の様子：変化なし
②のとき
温度
低下する
上昇する
風船の様子
膨らむ
しぼむ
フラスコ内の様子
引く
くもる
押す
くもらない
※雲生成実験
（考察）
○②でフラスコ内がくもった理由
ピストンを引くと気圧が下がり、空気が膨張する
→空気が膨張すると、温度が下がる（※）
→温度が下がったことで空気が露点に達したため
※膨張するということは、言い換えればまわりの空
気を押し広げるということ（エネルギーを消費する）
空気は周囲と熱のやり取りをしにくい（これを熱伝導
率が低いという）ので、エネルギーを消費した分、温
度が下がる
→これを断熱膨張による温度低下という
○②でピストンを押したときの変化
ピストンを押すと気圧が上がり、空気が圧縮される
→空気が圧縮されると、温度が上がる（※）
→温度が上がったことで空気の温度が露点より高く
なったため、飽和状態でなくなった（湿度が100%で
なくなった）から
※断熱圧縮による温度上昇という
○線香の煙が果たす役割
水蒸気が凝結して水滴になる際の核となっている
これを凝結核という
→よって、①では凝結核がないのでくもらない
（まとめ）
○雲のできかた
（便覧87-2D）
何らかの要因（上昇気流など）で空気が上昇する
→周りの気圧が下がり、空気が断熱膨張する
→空気の温度が低下していく
→どこかの高さで露点に達する（凝結高度という）
→ちりや海塩粒子などを凝結核として水滴や氷の
粒（雲粒）となり、雲ができる
※霧：地表付近にできた雲のこと
３雨や雪のでき方（教p251～）
降水：雨や雪など。乱層雲や積乱雲によってもたらさ
※積乱雲
※乱層雲
れる
雨量：一定時間に降った雨の量
雨や雪の降り方
雨滴は雲粒が雲の内部で成長して（集まって）形成さ
れる
雲粒：半径約0.01mm
霧粒：半径約0.1mm
雨粒：半径約2mm
雨には形成過程が異なる「冷たい雨」と「暖かい雨」の
２つがある
①冷たい雨（氷晶雨）
雲の中の温度が0℃以下になる場合の形成過程
○ゆっくり冷やされた水は0℃以下でも－20℃程度まで
※過冷却水 ※過冷却
は液体として存在する（過冷却水滴）
→よって雲の中では氷と水が混在し、その中で氷が水
から水分を受け取ることで徐々に成長し、氷晶ができる
→これらが上昇気流に耐えられず地上に落ちてくる。
気温が高いときは溶けて雨になり、低いときは雪にな
※雲が発生するしくみ
る
②暖かい雨
雲の中の温度が0℃以上の場合の形成過程。熱帯地方
や夏の中緯度地方で見られる
※雨について（18:00～）
単純に雲粒同士が雲内部でくっついて大きくなっていく
４水の循環
水圏
（地球の水の部分）
（便覧88-2）
氷河（1.75%）
陸水（3%）地下水（0.72%）
湖沼・河川水（0.03%）
海水（97%）
移動 8
蒸発
14
降水
22
陸地河川
降水量＞蒸発量 8
雲・水蒸気
蒸発
86
降水
78
海洋
蒸発量＞降水量
水・水蒸気・氷と状態を変えながら自然界を循環
→太陽放射のエネルギーを輸送している
（トピック；教p255）
○雨と森林の密接な関係
・森林の保水力
→土石流や洪水などの災害を防ぐと共に多様な生
物種を維持する
・森林の二酸化炭素吸収能力
→地球温暖化の抑制

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