熱力学の基礎【大気の熱力学】

空気とは

「分子」という、とても小さな粒子が飛び回っている空間を空気と言います。

分子には「窒素分子」「酸素分子」「アルゴン分子」「二酸化炭素分子」「オゾン分子」など、さまざまな種類があります。

空気を構成する分子は、主に「窒素78%・酸素21%・アルゴン1%」です。
(※実際には二酸化炭素分子や他の分子も、ごくわずか含まれています。)

空気を構成する分子のことを空気分子ともいいます。

空気の温度

「空気の温度が高い」とは、空気分子が活発に飛び回っている状態です。

例えば、壁に囲まれた空気を考えてみます。

壁に囲まれているので、空気の体積は変えられません。

体積を変えられない状況で空気分子の動きが活発になると、分子は壁に向かって勢いよく衝突します。

このとき、空気の温度は高くなります。

夏は、わたしたちの周りにある空気分子が、肌に向かって勢いよく衝突しています。

そのため、わたしたちは「暑い」と感じるのです。

ちなみに「空気分子が活発に飛び回っている状態」は、「空気分子の熱運動が激しくなる」という言い方もできます。

空気の体積

空気分子が飛び回っている空間の範囲を空気の体積といいます。

空気分子の熱運動が激しくなると、周りに壁がなければ、空気の体積は大きくなります。

これが膨張です。

空気が膨張するとき、分子の数は変わらないので、密度は薄くなります。

反対に、空気分子の熱運動が弱まると、空気の体積は小さくなります。

これが圧縮です。

空気が圧縮するとき、分子の数は変わらないので、密度は濃くなります。

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