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写真の実験で、気圧が下がると、空気の温度が下がるのはなぜですか?

温度センサー 注射器 ピストン すばやく引く 線香のけむりと少量の水を 入れたフラスコ

回答

✨ ベストアンサー ✨

仮にピストンを引く前は分子が壁にたくさんぶつかり圧力が生じる。このぶつかりが発熱になる。

しかし、ピストンを引くと同じ分子数でぶつかる数は減るから気圧が下がり、結果ぶつかる数が減るから温度も下がる。

たくさんの分子で考えると面倒だから、3粒の分子で考えた。
狭い空間で3粒ぶつかるのと、広い空間で3粒ぶつかるのを比べる。

ピストンだとわかりにくいから、例えば、冷房無しで、同じ気温で、40人が教室にいる場合と体育館に40人いる場合を考えたら、教室の方がぶつかりやすいから高温になるが、体育館ならぶつかりにくいよね。という感じ。窓ガラスから光が差し込むとかは無し。どちらも暗幕引いていると考えてね🙇

翔くん

詳しく教えてくださりありがとうございます!

🍇こつぶ🐡

いえいえ🙇

ぺんぎん

_こつぶ さんの説明だと、気体分子がピストンのシリンダー壁に当たった時に、シリンダー壁に弾性エネルギー・変形エネルギーが生じて、弾性エネルギー・変形エネルギーが熱エネルギーになる、と言うことになるよね。分子という非常に軽い物体があたって、発熱する程の弾性エネルギー・変形エネルギーが生じるのかな?
_もし、熱エネルギーに変換される程の、弾性エネルギー・変形エネルギーが生じるのであれば、シリンダーを圧縮した時だけではなく、はじめから高圧であったとしても、気体の分子運動は激しいままであるから、シリンダーは発熱し続けるよね。

_そうではなく、気体の温度とは、気体の分子の運動の激しさのことであって、シリンダーを圧縮した時に、気体分子の運動が遅い状態(低圧)から、気体分子の運動が速い状態(高圧)になる。即ち、気体の温度が低い状態から気体の温度が高い状態になる。その温度差が熱エネルギーとして、シリンダーを動かしたときだけ発生する。気体の温度が上がって、熱伝導でシリンダーの温度が上がる、と言うことじゃないかな?

_「気体の分子が壁にぶつかると摩擦熱が生じる。」と説明している方に、違うんじゃないの?と説明しても納得してもらえなかった経験があるので、上げ足取りではなく、こつぶ さんなら、どうやって説明するのかな?と思ってお尋ねしています。
_説明するのが難しいのは、充分身に染みて分かっています。

🍇こつぶ🐡

「気体の分子が壁にぶつかると摩擦熱が生じる
>摩擦熱が生じても、発熱しますから、部屋が狭い方が温度が高いのには変わらないので、摩擦熱とか難しい話を追加して説明しない方が良いと思う🙇

ぺんぎん

_いや、私は「気体の分子が壁にぶつかると摩擦熱が生じる」説を否定したかったので、上の様な説明をしたのです。
_上のこつぶさんの説も否定したいです。
_ふつかりで、発熱がシリンダー壁で生じるのではなく、発熱はあくまで気体で生じるので、シリンダーには気体から熱伝導で伝わっているのだ、と主張したいのです。
_気体分子が壁にぶつかっても、誤差に埋もれる程度の発熱しかしない、と思っています。

🍇こつぶ🐡

誤差であれ、減圧すれば下がるで良いかと私は思います🙇

ぺんぎん

_納得はできませんが、ありがとうございました。

🍇こつぶ🐡

よくよく考えたら、以下が正しいと判断しました。
ご迷惑おかけしました。ありがとうございました🙇

気圧が低いと空気が膨張する。 膨張することにエネルギーが使われ、その代り気温を上げることには使えず、結果気温が下がる。

ぺんぎん

_いえいえ、こつぶさん、説明が上手いなあ、と思うことは度々あります。
_それに、筆まめだな、と感心しています。真似できません。

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回答

気圧が下がると空気が膨張するんですけど、そのときに熱エネルギーを使ってしまうので温度が下がるんです!

翔くん

わかりやすく教えてくださりありがとうございます!理解が深まりました!

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