湿潤空気と乾燥空気

[とうり]

皆様、実技やら、知識の問題を解いていたら、相当温位やエマグラムを用いて問題を解く特に、今では明瞭に
認識できるのですが、ふと、水蒸気を含むならば、重そうだな、とあやまった考えにとらわれてしまいます（これはどうしてこのようになるのか、自分の人生をふりかえって、どこであやまったのか）、誤答に導きやすい。状態方程式や気温・露点・湿数も計算・理解はできるのですが、いまだに、誤った方向に本番で行きやすくなりそうです。これを解消するためには、どのようにしたらいいのでしょうか。悩んでいます。こうすれば、大丈夫だということはありますか、ご教示おねがいします。

[あきら]

とうりさん、
おはようございます。あきらです。
いつも最初のRESが私でスミマセン（笑）

これは私も最初の頃「そ～かぁ　考えてみりゃそ～だよね～」と思ったひとつです。「空気」より「水」の方が重たいじゃん　と経験的に知っているので迷わされてしまうんですよね。空気に水分を含む湿潤空気のほうが重いと感じてしまいます。でもこれ密度を考えていないからで、自然に存在する空気と水は圧倒的に密度が違います。

私は、水蒸気と空気の重さは、分子量で覚えるようにしました。
水蒸気は、H2Oで18。空気の平均分子量は、N2とO2だけで考えると28.8ほど。やはり水素ってえらく軽～い存在なんだなぁと。

[古久根 敦]

とうりさん，こんばんは．

水蒸気→水ってイメージすると，なんだか下に落ちそうですね．たしかにと思いました．とても素晴らしい投げかけだと思います．

＞あきらさん
分子量で考えるのは素晴らしいアイディア・考え方ですね．「分子数が同じであれば」非常に大切なことになります．

とうりさんとあきらさんの書かれている題材だけで，1時間以上プレゼンテーションできそうです(^0^;)

さて，まずは結論から．とうりさん，お風呂や温泉の湯気をイメージするとどうでしょうか？水蒸気がモクモクと上昇して湯気を作っているイメージです．あと，厳密性には欠けますが，やかんでお湯を沸かした時にやかんから出る湯気でもいいです．どちらも暖かいか，もしくは水蒸気たっぷり（湿潤）ならば軽いから上昇するというイメージに合います．
※やかんのイメージは厳密性に欠けるというのは，やかんの注ぎ口は上を向いているので，湯気を強制上昇させているのではないかという疑念が生じるからです(^0^;)

↓↓↓ここからは発展です．あきらさんの分子量について．あきらさんもこの点についてしっかりと触れられています．

水蒸気はH2Oなので分子量が18であり，乾燥空気の平均分子量29よりも小さいので，水蒸気を多く含む湿潤空気は，水蒸気の小さな分子量の分だけ分子量が小さくなります．なので，湿潤空気は乾燥空気よりも分子量は小さくなります．

ここで疑問が生じます．

雨はどうして降るの？

雲粒・雨粒は凝結核の助けを借りて成長しますが，分子という見方で言えば，飽和・凝結していない水蒸気であっても，雲粒・雨粒であっても，同じ「H2O」です．

えっ，さっき湿潤空気の方が軽いって言ったじゃん．

大切なことは，同じ状態で比べなさい！ということです．

H2Oで言えば，それが気体（水蒸気）なのか，液体（水，雲粒・雨粒）なのか，固体（氷，氷晶）なのか，H2Oの状態は変わります．軽いか重いかを比べる場合には，必ず気体なら気体同士，液体なら液体同士で比べなさいということです．

なぜならば，気体，液体，固体とでは，密度が全く違うからです．分子レベルではH2O分子とH2O分子との間の結びつき方が違うのです．水の中に氷を入れると氷が浮くのは，水と氷とでは密度（比重）が違うからです．

雨が降るのは，そもそも水蒸気（気体）になっているH2Oとは比べものにならないくらい密度の大きい水（液体）になっていることと，その結果もありつつ，いくつかの成長過程を経た結果，浮力などに勝るほどに重くなるからです．

[ウルトラゾーン]

確かに気象予報士の勉強を始めるまでは、水蒸気の方が空気より重いイメージを持っていましたね。
あきらさんのおっしゃるように分子量を比べれば明らかに水蒸気の方が軽いのはわかるはずなんですが、現実の生活の中で、空気は気体が主体で水は液体が主体なので、どうしても気体の空気と液体の水をイメージしてしまいがちですよね。
あとは梅雨時期のジメジメした湿気を含んだ空気は、なぜか重苦しい肌感覚があるので、そういった事も影響しているような気がします。
もし我々がどこか別の惑星で生まれていて、そこが地球とは全く違った気圧、気温だったら全然違った感覚を持っていたのかもしれません。そうなると、そもそも太陽の温度も違うだろうから、T=λ/2897（←数字は猫が話しているイメージで、泣くな（ニャクナ）と覚えてる）による可視光の波長領域ではなく、全然別の波長の光を目で見ているのかもしれないなぁ~なんて考えて見たり・・・

脱線しましたが、水は物質としては非常に特殊な性質をいろいろ持っていて、この水が地球上にたくさん存在する事自体が奇跡のような気がします。
分極の度合いが非常に大きくて、分子レベルではクラスターといういくつかの集まりでひとつの性質を示したり、密度が液体から固体に変わる0℃でなく4℃が最大だったり・・・
脱線ついでに、空気と水と言えば、ウルトラファインバブルやナノバブルと言われる微細な空気泡は普通の気泡のように浮上せずに水中に留まっているのだとか。魚や野菜がよく育ったり、洗浄に活用するために研究されているようです。

最近は、私はクロレラやゾウリムシやミジンコの培養に凝っていて、ペットボトルで培養してるんですが、部屋のあちこちに培養中のペットボトルを置いているので、時々ジュースと間違って飲んでしまいそうになります(^_^;)

[とうり]

皆様の考え方やとらえ方で、何かすっきりしました。たとえば、850hPaで水蒸気をふくむ空気が完全に飽和にあれば、そのままエマグラムでは湿潤減率で500ｈPaまでもちあげればいい。湿潤空気はその分子の一部が水蒸気になっているので、軽い。古久根様の書かれているように、「水蒸気を多く含む湿潤空気は，水蒸気の小さな分子量の分だけ分子量が小さくなります．なので，湿潤空気は乾燥空気よりも分子量は小さくなります」こと、また、あきら様のように、やはり、「水蒸気と空気の重さは、分子量で覚えるようにしました。水蒸気は、H2Oで18。空気の平均分子量は、N2とO2だけで考えると28.8ほど。やはり水素ってえらく軽～い存在」は、基本として考えることにします。ウルトラゾーン様のように、「どうしても気体の空気と液体の水をイメージしてしまいがちです」。
古久根様の書かれた「軽いか重いかを比べる場合には，必ず気体なら気体同士，液体なら液体同士で比べなさいということです」について、次に私の課題になっています。皆様、ありがとうございます。

[投稿者]

投稿