浸透圧について

浸透圧について私の考えを正して頂きたいです。
浸透圧では浸透が起こって液面差がhになったときそのhにあたる液柱が浸透圧に値するという説明をよく見ます。確かに溶液にh分の液柱分の圧力によって浸透が見かけ上止まっていることは理解ができます。しかし、私はこうと考えてしまいました。浸透圧=溶液をh/2上昇させる力(?)と。こう考えてしまうと、言えそうな気もするのですが、力の釣り合いはどうなるんだ？など、色々な疑問が生じてきます。しかし、見かけはその高さ分上昇しているように見えます。色々考えてもこの考えに固執してしまい自分なりの納得行く説明が見つかりません。どうすれば、すっきり理解できますでしょうか。私に解決の糸口をくださると幸いです。よろしくお願いいたします。

質問者からの補足コメント

• 自分の質問内容がが煩雑だったので、補足に書かせていただきます。
  私は浸透圧がh/2上げる力があるとすれば、液柱のh/2分の圧力でいいのではと考えています。しかし、こう考えてしまうとh/2分の液柱が残って、力の釣り合いがよくわからなくなるのですが…
  説明をお願いします。あと、私はu字管の太さは同じで考えていました。
  よろしくお願いいたします。

    補足日時：2020/02/27 19:56

No.1 回答者： Zincer 回答日時： 2020/02/27 02:18

断面積が同じ水槽をイメージしていますね。

極端に違う場合もそのように考えられますか？

No.2 回答者： oniwabangairu 回答日時： 2020/02/27 08:42

下図のようなイメージを糸口にしたらいかがでしょうか。

hが上昇分　　h/2は水面位置を同一にする移動量　　
半透膜が起こす圧力差はhを引き起こす　
h/2は　外力の加圧分を考えないと、、

No.3 回答者： ありものがたり 回答日時： 2020/02/27 10:32

それでいいんですよ。

浸透圧も圧力の一種、圧力×面積=力 なんですから。
＞浸透圧では浸透が起こって液面差がhになったときそのhにあたる液柱が浸透圧に値する
という説明は、あなたが考えている力のつり合いを利用して浸透圧を測定しているのです。

半透膜上でどうやってどれだけの力が発生しているのかを計算するのは難しいけれども。
定性的には、力の発生は半透膜による粒子の選別で説明できます。
半透膜は水分子を通し溶質分子を通さないので、浸透が起こります。
半透膜が水溶液中の粒子を選別していることになり、ここでエントロピーが減少することになります。
エントロピーは自由エネルギー(オカルトのじゃなく、Gibsの。参考↓)の一部なので、
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%B3 …
それにともなって粒子たちのエネルギーが増加します。エネルギーは仕事にも換算でき、
仕事は力を距離で積分したものなので、エネルギーが増加した粒子には力が掛かっている
と見ることができます。半透膜によって選別された粒子に掛かるこの力が、半透膜に働く力です。

No.4 回答者： head1192 回答日時： 2020/02/27 11:00

この時、浸透圧に対する力として「重力位置エネルギー」「液面の高さの違いによる大気圧の差」が働いている。

難しい式は俺には無理として、
　「浸透圧」＝「重力位置エネルギー」＋「液面の高さの違いによる大気圧の差」
となった時浸透圧による水面上昇は終わる。

No.5 回答者： oniwabangairu 回答日時： 2020/02/27 11:18

下図のようなイメージを糸口にしたらいかがでしょうか。

Ｕ字管のようなものではなく、断面積が違うモノをイメージして考え、
それがわかったら、断面積の差を縮めていく

No.6 回答者： EZWAY 回答日時： 2020/02/27 14:41

要するに面積に圧力をかけたものが力になるから、各液面の面積が異なっても成り立つのが感覚的に理解できないということですよね？

まあ、スッキリ納得というのはなかなか難しいと思います。
で、話は全く違いますけど、テコとか滑車を考えてみると、テコでも動滑車でも小さい力で重いものを動かせます。しかし、たとえば１０分の１の力で動かそうとした場合、重いものを１m動かすには滑車であれば紐を10 m 動かす必要があります。つまり、力と動かした距離の積が同じになる必要があるということです。
浸透圧についても、片方の表面積が他方の10倍あれば、面積が大きい方を1cm動かすには面積の小さい方は10cm動く必要があります。だからどうしたと言われれば、それ以上の説明は難しく、結局は圧力とはそういうものなんだという話になるでしょうけどね。まあ、そんなこんなで、スッキリとまではいかなくとも、何となくわかったようなわからないようなという程度の感覚になりませんか？