相変化(そうへんか)

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上の図の関係はわかるかな?
小学生5・6年生くらいなら学校で習うんじゃないかな。
全ての物は、気体・液体・固体の3つの形に変化するんだよ。
水で言えば・・・
みんなが飲む水、あれは「液体」
ヤカンで水を沸かすと、ヤカンからシューシューと白いものが吹き出てくるね。それは湯気で液体だけれど、ヤカンの口に近い部分はよく見ると透明で見えないところがある。それが水蒸気といって、つまり「気体」
夏、暑いときにコップに入れる冷たい氷、あれは「固体」
物質が形を変えることを「相変化(そうへんか)」っていうんだよ。
形を変えるきっかけは温度の変化。
変化する温度は物質によって違うんだよ。
状態の変化

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上の図を見てみよう。
液体に熱を加えると、気体になるよね。
これって、逆を言えば、周りの熱を吸収しているってことなんだよ。
気体が冷えると、液体になるよね。
これって、周りに熱を放出しているってことなんだよ。
これが、地球上での話しになると、水が形を変えるたびに
熱を吸収したり放出したりするわけだから、大気中のいろんな現象に大きな影響をもつんだ。
ある気温の状態で、一定の体積中に含むことのできる水蒸気量には限界があって、その限界に達した状態を「飽和(ほうわ)状態」というんだ。
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一定枠の中に、まだ水蒸気が入るスペースがあるよね。
これは、「不飽和」の状態。


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枠の中に、めいっぱい水蒸気が詰まっているね。
もうこれで満タン。
これが、「飽和」状態。


気圧の変化

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一定枠に入る水蒸気量は、気温によって変化するよ。
気温が高くなると、水蒸気圧が高くなるから、グッと圧縮されて小さくなります。
つまり、一定枠の中に隙間ができるわけ。
気温が低くなると、水蒸気圧も低くなり、フワッと開放されて大きくなります。
つまり、一定枠の中いっぱいに詰まるわけです。
気温が高くなるということは、つまり私たちが住んでいるこの地上のこと。
気温が低くなるということは、空高く、上空のこと。
地上から100m高度が高くなるごとに、気温が1度下がるって聞いたことあるかな?
山登りしていて、地上では暖かかったのに、急に寒くなったりした経験はないかな?
高くなればなるほど、気温は下がるんだよ。
つまり、空高い上空では、水はほぼ、飽和状態にあるということ
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高度が上がって、気温が下がり、飽和状態に達した水蒸気は、水滴や氷の粒になって雲になります。
ただし、空気の澄んだ部屋の中などで同じような実験をしてみても雲はできません。
自然界で簡単に雲が出来上がるのは、大気中に存在している、目に見えない細かい大気のチリなどの微粒子が核となって、左図のように、水滴へ変化するのです。
この微粒子は、地面から舞い上がった土ほこりや、海水のしぶきによる塩の粒などで、自然界に普通にたくさん存在しているんだ。



2013年1月17日追記。

頂いたコメントにより誤りに気づきました。
水蒸気と湯気の件、訂正しました。

数年前に、水蒸気と湯気の違いを知りましたが、書いていたことを忘れていましたm(__)m
混乱させてしまい、お詫び申し上げます。