お呪いで覚える水の状態変化時の熱の出入り【気象予報士試験対策】

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イラスト図解 よくわかる気象学』で気象予報士試験の準備中。

今日は、水の状態変化と潜熱について学習しました。

状態変化とは、変身

例えば水は、この世界で「固体、液体、気体」のいずれかの状態で存在しています。日常的な言葉でいうと「氷、水、水蒸気」です。

水の状態変化とは、氷が水になったり、水が氷になったり、あるいは氷が水蒸気になったりと、水の状態が変化することをいいます。

一言でいえば、状態変化とは、物質の固体、液体、気体間での変身です。

各変身の名前

状態変化には、それぞれの変化に名前があります。水を例にとってその名前をまとめると、次のようになります。

氷→水 融解(ゆうかい)

水→水蒸気 蒸発(じょうはつ)

氷→水蒸気 昇華(しょうか)

水蒸気→水 凝結(ぎょうけつ)

水→氷 凝固(ぎょうこ)

水蒸気→氷 昇華(しょうか)

「昇華」という言葉はやや馴染みが薄いですが、簡単です。

「氷→水蒸気」、「水蒸気→氷」のように、液体の状態を介さずにいきなり「固体から気体」、「気体から固体」へと変化することを昇華と呼びます。固体からそのまま気体になるドライアイスが有名な例です。

ポップに言えば、「一段とばし」が昇華です。

潜熱とは、変身時に出入りする熱

物質が状態変化するときには、必ず熱の出入りがあります。

例えば、水が蒸発するときは、空気中から熱を取り込みます。その結果、空気の温度は下がります。

逆に水蒸気が水になるときは空気中に熱を放出します。その結果、空気の温度は上がります。

いずれも水という物質と空気との間に熱の出入りがあります。この物質の状態変化時に出入りする熱を潜熱といいます。

お呪いで覚える水の状態変化時の熱の出入り

水の状態変化時、熱がどう出入りするかは次のようなイメージを持つと記憶しやすいです。

まず「氷→水→水蒸気」という順番で温度が高くなっていくということを把握しておきます。

すると例えば、氷から水になったとしたら、「温度が高くなった」と理解できます。

そのとき空気の温度は、この水の温度とは逆に変化します。

つまりこの場合、空気の温度は下がります。空気中の熱が水に取り込まれて下がったのです。

これは他の場合も同じで、状態変化時の水の温度と空気の温度は逆の動きをします。

水が氷になったら(温度が下がったら)、空気の温度は上がります(熱が空気中に放出される)。また、氷が水蒸気になったら(温度が上がったら)、空気の温度は下がります(空気中の熱が取り込まれる)。

これをお呪い(おまじない)風にいうと、

さめるはぬくまる、ぬくまるはさめる

です。水が冷めたら、空気は温まる、水が温まったら空気は冷める、です。状態変化時は水と空気の温度は逆の動きをすることを覚えておきましょう。 

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