理科
中学生

ピストンを引くと、空気が膨張するのはなぜですか?
減って、風船が凹むとかならわかりますが、
膨張ってどうしてですか?
また、気温が膨張して下がる、圧縮して下がるのはなぜですか?

気温は自分でなんとなく考えて、
人で考えた時、密集=圧縮で暑くなるのかなぐらいを想像して💭います。が膨張のイメージがよくわかりません。教えてください。

内側を水でぬらした丸底フラスコ の中に線香の煙を入れ、 右の図のよ うな装置で,ピストンをすばやく引 いたりおしたりした。 温度計 注射器 ピストン ・線香の煙 (1) フラスコの中に線香の煙を入れておくのはなぜか。 (2) ピストンを引くと, 空気は (①) し,温度が (②), 水滴ができ て白くくもる。 その後ピストンをおすと, 空気は (③) され,温度 が (④) くもりは消える。 ①~④にあてはまる言葉を書きなさい。 (3) この実験は, 自然界の何の発生のしくみを調べたものか。 2

回答

極論を言えば、気体の状態方程式というのを勉強すれば機械的に理解できます。
PV=nRT(P=圧力、V=体積、n=入っている気体の量、R=定数、T=温度)
Pが下がれば、Vは上がる(反比例の関係)、Pが上がればTが上がる(比例の関係)というふうです。

しかし、中学生にわかりやすく説明すると以下のようです。
まず、ピストンをひくという動作についてですが、これは、ピストンの中の体積変化を考えるというよりかは、圧力の変化とみると良いでしょう。これは、風船を考えてみると良いかもしれません。風船に圧力を加える(風船を潰そうとする)と、加えれば加えるほど、潰せば潰すほど中からの反発が強くなります。つまり、中からの圧力が強い=内部の圧力が高まったということです。ピストンでも同じようなことが言えて、ピストンを押せば気体が密集し、圧力が増す。逆に、引けば密集しなくなり、圧力が低くなるということが起きます。すると、ピストンを押し込んだところから引いた時を考えればわかりやすいですが、ピストンを引くと体積は大きくなります。つまり、空気は膨張します。
気温に関しては半分正解していて、実は空気(や、分子)は、熱運動といって、常に振動しています。それが密集すると、ぶつかり合いが激しくなって熱が発生して、気温が高くなります。イメージは人間で考えてもらったら良いですが、「おしくらまんじゅう」でいいのではないでしょうか。人と人とがぶつかり合って熱が発生し、温かくなりますよね。満員電車が暑く感じたりするのもイメージとしてはいいのかもしれません。ぶつかり合うほどエネルギーの発散つまり熱の放出が発生するというのを覚えれば、ピストンを引けば密集が解消されて、ぶつかる機会が減り、温度が下がるという考えが自然とわかるでしょう。

仙石

どうして、ピストンを引くと体積が大きくなるのですか?そこのイメージがよくわからなくて…💦

でど

風船を縮めた時の状態を普通の状態(開始の時)としましょう。
すると、ここからピストンを引く、つまり風船にかけている力を弱めた時、(ピストンを押す=風船を縮める、ピストンを引く=風船の力を弱めるでした) 風船は大きくなります。つまり、体積は大きくなります
※強引なイメージで行くと、ばねは縮めると体積は小さくなりますが、引くと体積は大きくなります。
どうでしょうか?

仙石

ありがとうございました。なんとなくわかりました

この回答にコメントする
疑問は解決しましたか?