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圧縮空気が大気に放出すると温度が下がるのはどうしてでしょうか?
乾いた空気が入っている酸素ボンベのバルブを開け、大気に排出するとバルブの周りが冷たくなります。この現象を科学的に強いたいです。

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A 回答 (4件)

マズ、圧縮工程から考えて見ましょう。



<圧縮工程>
空気をボンベに充填すると、ボンベの中の空気分子同士が「オシクラ饅頭」状態になります。
空気の分子同士の摩擦熱により、空気ボンベの温度が上昇します。
***圧力という力から熱エネルギーが発生***

温度の上昇した空気ボンベは、時間とともに大気に冷やされます。
発生した熱エネルギーを大気に捨てたことになります。

<緊張工程>
圧縮工程とは真逆の反応が起こります。
空気の分子同士の摩擦熱により、空気ボンベの温度が上昇した分と、同じだけの熱量を回りから奪いながら緊張します。

これで、エネルギーは圧縮と、緊張が、+-0(ゼロ)の関係になるわけです。

蛇足ながら、
現在主流のヒートポンプエアコンは、この原理を実用化した超高効率マシンです。
圧力を掛けると熱が発生し、緊張すると熱を奪う。
http://www.tokupura.com/heat-p.htm
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ジュールトムソン効果です。

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気体は密度が下がると温度は下がります。


語弊があるとは思いますが、簡単な認識としては、
10の固まりで10度の温度を持っていた気体が、
ボンベ内の圧縮状態から開放され、
10倍の100の固まりに広がった結果、圧縮された状態で持っていた10度の温度も10倍に薄められる、
結果として温度が下がると言うことです。
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1モルあたり(1分子あたりと置き換えると分かりやすいでしょうか)のエネルギーは体積に関わらず一定です。

ということは、圧縮空気の圧力が下がって体積が増えると、体積あたりのエネルギーは減りますね。ということは当然温度が下がります。
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