地学分野の用語と知識の問題
空気にふくまれる水蒸気のようすを調べるために、次の実験を行った。
【実験】部屋 A と部屋 B のそれぞれで、よく磨いた金属製のコップに室温と同じ温度の水を入れた。次に、氷を入れた水を少しずつ加えてかき混ぜながら水温を下げていき、コップの表面がくもり始めたときの水温を記録した。コップの表面付近の空気の温度は、コップの中の水温と等しいものとする。
【結果】
| 室温 | くもり始めたときの水温 | |
|---|---|---|
| 部屋 A | 25 ℃ | 15 ℃ |
| 部屋 B | 25 ℃ | 20 ℃ |
この実験の結果からわかることとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア 部屋 A の空気のほうが、部屋 B の空気より湿度が高い。
- イ コップの表面がくもったのは、コップの中の水がコップの外側へしみ出したからである。
- ウ 部屋 A の空気の露点は 25 ℃ である。
- エ 部屋 B の空気のほうが、部屋 A の空気より あたりにふくまれる水蒸気の量が多い。
- オ 部屋 A の気温を 18 ℃ まで下げると、空気中の水蒸気が水滴に変わり始める。
この問題で使うもの
- 露点・雲と霧のでき方（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（2 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
コップの表面がくもり始めたときの温度が何を表しているかを考えましょう。
ヒント 2
くもり始めた温度は、その空気の露点です。露点が高い空気ほど、ふくまれている水蒸気の量が多くなります。
ヒント 3
部屋 A と部屋 B の露点はそれぞれ表の「くもり始めたときの水温」です。室温と露点の違いに注意すると、ウとオは誤りとわかります。残りの選択肢を露点の高さで比べましょう。
答えと解説
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エ
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解説を読む
正解はエである。
コップの表面がくもり始めたのは、コップに接する空気が冷やされて、空気中の水蒸気が水滴に変わり始めたからである。このときの温度が、その空気の露点である。したがって、部屋 A の空気の露点は 15 ℃、部屋 B の空気の露点は 20 ℃ である。
露点は、空気にふくまれている水蒸気の量が、その温度での飽和水蒸気量と等しくなる温度である。飽和水蒸気量は気温が高いほど大きいので、露点が高い空気ほど、 あたりにふくまれる水蒸気の量が多い。露点が高い部屋 B の空気のほうが水蒸気を多くふくんでいるので、エは正しい。
ほかの選択肢について
- ア 2 つの部屋の室温は同じなので、飽和水蒸気量も同じである。ふくまれる水蒸気の量は部屋 B のほうが多いので、湿度も部屋 B のほうが高い。部屋 A のほうが高いというのは誤り。
- イ 金属のコップから水がしみ出すことはない。くもりは、まわりの空気中の水蒸気が冷やされて水滴になったものである。
- ウ 25 ℃ は部屋 A の室温であり、露点ではない。部屋 A の露点はくもり始めた 15 ℃ である。
- オ 部屋 A の空気の露点は 15 ℃ なので、18 ℃ まで下げてもまだ露点より高く、水蒸気は水滴に変わり始めない。水滴ができ始めるのは 15 ℃ まで下げたときである。
別解
コップの表面がくもり始めたときの水温は、コップ表面付近の空気の温度に等しく、その空気中の水蒸気が飽和して水滴になり始める温度、つまり露点である。部屋 A の露点は 15 ℃、部屋 B の露点は 20 ℃。露点が高い空気ほど、含まれている水蒸気量(1 m^3 あたり)が多い(露点での飽和水蒸気量が、そのときの空気 1 m^3 中の水蒸気量に等しいため)。
ア: 室温はどちらも 25 ℃ で飽和水蒸気量は同じ。水蒸気量は B のほうが多いので、湿度は B のほうが高い。A のほうが高いとは言えず、誤り。
イ: くもりは、空気中の水蒸気が冷やされて水滴になったもので、水がしみ出したのではない。誤り。
ウ: A の露点は 15 ℃ であり、25 ℃ ではない。誤り。
エ: B の露点(20 ℃)は A の露点(15 ℃)より高いので、B の空気のほうが 1 m^3 あたりの水蒸気量が多い。正しい。
オ: A の露点は 15 ℃ なので、18 ℃ までの冷却では水滴は生じない(15 ℃ まで下げると水滴に変わり始める)。誤り。
よって正解はエ。