密閉容器の中で、窒素・酸素・二酸化炭素の量の割合を変えると、中の気圧も変化するのでしょうか。

『気圧=空気の質量』と考えて間違いないでしょうか。

ご教示よろしくお願い致します。

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A 回答 (5件)

No2でも書きましたが、ガスの質量(重さ)と気圧は関係ありません。



具体的にどうなるか極端な例をあげますと、
3リットルの容器に、窒素、酸素、二酸化炭素を
それぞれ1リットルづつつめた場合と、
窒素、酸素、二酸化炭素のどれか1つを
3リットルつめた場合で圧力は同じです。

一方、3リットルの容器に、窒素、酸素、二酸化炭素を
それぞれ1kgづつつめた場合と、
窒素、酸素、二酸化炭素のどれか1つを
3kgつめた場合は圧力は異なります。
最も圧力が高くなるのは、窒素で、
次いで酸素、二酸化炭素の順となります。
割合でやっても同様の結果になります。

もしよろしければ、
どういういきさつでこの疑問がわいてきたかを
補足にでも書いていただけませんでしょうか?
もっと分かりやすい説明ができるかもしれません。

この回答への補足

ご返答、誠にありがとうございます。
お恥ずかしながら、疑問が生じたきっかけは子供(小学生6年生)に「地球の二酸化炭素が増えたら気圧も変わるの?」と、質問されたことに始まります。
おぼつかない知識ながら「空気の総量は変わらないから気圧も変わらないんじゃない?」と返答すると「空気が重くなっても変わらないの?気圧って空気の重さでしょ?」と突っ込まれ、疑問が生じました。
そこで「密閉容器の中で窒素・酸素・二酸化炭素の割合を変えたら気圧は変化するのか?」と質問した次第です。

>窒素、酸素、二酸化炭素のどれか1つを3kgつめた場合は圧力は異なります。
>最も圧力が高くなるのは、窒素で、次いで酸素、二酸化炭素の順となります。割合でやっても同様の結果になります。

『気圧=重さ』ではないことは分かりました。
無知な質問で申し訳ありませんが、なぜ窒素が最も圧力が高くなるのでしょうか。
私の知識で思いつけるのは「え?重さに反比例?」程度です。

ご解説のほど、何卒よろしくお願い致します。

補足日時:2009/05/30 13:50
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整理されたとおりの理解で良いかと思いますが、


やはりちょっと混乱させてしまいましたか。

地球の大気中の二酸化炭素の話であれば、
これまでの話と違う話をしなければならなくなり
混乱させてしまうかとも考えましたが、
間違えて理解されてはいけませんので
あえて”ちなみに”以下を追加しました。

でも、ちゃんと理解をしていただけたようですので安心しました。
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窒素が一番圧力が上がるのは、同一の重量で体積がもっとも大きいからで、


重さに反比例と考えていただいてもよいかと思います。

ちなみに地球の二酸化炭素が増えていけば、大気圧は上がると思います。
最初の回答にも書きましたが、大気圧は地球を覆っている
大気層の重さによっています。

実は容器の天井と底ではガスの重さのために、厳密には圧力が違います。
通常このような議論をガスでする場合はそれは無視できるとしています。
しかし、容器の高さが10kmとかものすごく大きい場合は無視できません。
その場合底の圧力は二酸化炭素が多いほうが高くなりますが、
これは圧力が高いというよりも天井と底の圧力の差が大きくなる、
ということになります。

この回答への補足

ご返答、誠にありがとうございます。
すみません、なんだか余計に混乱してきてしまいました(^^;
自分なりに整理してみました。以下の解釈で合っていますでしょうか。

●地球の大気圧の場合は、二酸化炭素の量が増える(=割合が増える)と大気の重さが増すので気圧は上がる。ただしこれは「地上」でのことで、地球全体の大気層の圧力を平均したら、値は変わらない。

●密閉容器の場合も同じで、二酸化炭素の割合が増えれば重量が増した分「底部」の圧力は増すが「上部」の圧力は下がるので、理論的には差し引きされ全体的な気圧は変わらない。容器が小さければ高低さも小さいため影響力はないに等しい。

●密閉容器の中の気圧が空気の組成成分の割合で変化するのは、重さではなく「体積」による。容器の体積(容量)同じでも、中に詰め込む気体の総体積を増やす(すなわち圧縮)すれば気圧は上がる。
総体積が変わらないのであれば、酸素・二酸化炭素・窒素の割合を変えても中の圧力は変わらない。

ということでしょうか…。(何度もすみません)

補足日時:2009/06/01 16:20
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大気圧が地球を覆っている大気層の重さによっていると言うことと、


容器内の圧力と混同されていると思われます。
これらは基本的に関係ありません。
したがって密閉容器において「気圧=空気の質量」と考えるのは誤りです。

実際問題としてどのように割合を変えるかで答えは変わってきます。
例えば、詰め込むガスの体積の総和が等しい場合は、
圧力は変わりません。
一方詰め込むガスの質量の総和が等しい場合は異なります。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
お礼が大変遅くなり失礼いたしました。

ご指摘の通り質問が言葉足らずでした。
密閉容器は同じものを使い、圧縮などは行わず、つまり体積は変えない、温度も同じという条件です。
なお、No1の方へのお礼にも書きましたが、知識レベルが非常に低いため、質量=重量という意味で質問を書いてしまいました。

上記のような条件で、酸素・窒素・二酸化炭素の割合のみを変えた場合ですが、例えば
窒素の割合を増やせば重さの総和が減るので気圧は低くなり、
二酸化炭素の割合を増やせば重さの総和が増えるので気圧は高くなる、
と理解いたしました。

間違っていましたら、再度ご教示いただけると幸いです。

お礼日時:2009/05/28 15:38

おいくつの方でしょうか?


というのも、まだ習っていないところなのか、今まさに習っているところなのか、それとも大人になって昔習ったことを思い出そうとしているのかで、答え方が変わると思うんですけど・・・

----

PV=nRT
という式は知っていますか?
これを変形すると、
P=nTR/V
となります。
窒素・酸素・二酸化炭素の量の割合を変えると、どの値が変化しますか?

----

気圧の単位は何ですか?
空気の質量の単位は何ですか?
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
お礼が大変遅くなり失礼いたしました。

バリバリの文系路線で学習していたため、理数系授業は必須科目しか受講せず、しかもその授業時間は受験科目の自習に当てていた、という過去が災いしての質問投稿です。
(物理の期末試験で、我がクラスは平均点「0.3点」を記録し担当教師を本気で泣かせました)

NO.2の方のご回答も参考に、以下のように理解致しました。

体積は変えずに、酸素・窒素・二酸化炭素の割合を変えた場合、
例えば窒素の割合を増やせば重量の総和が減るので気圧は低くなり、
二酸化炭素の割合を増やせば重量の総和が増えるので気圧は高くなる。

もし間違っていましたら、
小学校低学年程度の知識レベルだと思ってご回答いただけると助かります。
(『空気の質量の単位? …モル?モルって何?ウィキペディアを読んでも理解できない』といったレベルです)

お礼日時:2009/05/28 15:26

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Qなぜ空気中に窒素あ80%もあるのか

 なぜ空気中には窒素が80%近くもあるか。

 酸素が多すぎ(60%以上)ると酸素中毒になるとか、窒素が多すぎると、文字通り窒息死する、というところまでは分かったのですが、なぜ、地球上には窒素がこんな(約80%)にも多いのでしょうか。
 もっと酸素の割合が多くてもよさそうなものですが。

 『酸素が約20%+窒素約80%』前後というのが、生態系において、最も快適あるいは都合のいいバランスなのでしょうか。


 どうか教えてください。

Aベストアンサー

たぶん、ですが窒素の量は最初から決まっているんでしょうね。
堆積岩などに閉じ込められる分も多少はあるのかもしれませんけど。

で、酸素のほうですが、何億年というスパンで見ると酸素濃度はそれなりに上下しているようです。
古生代は酸素が現在の2倍近くあって、昆虫や動物は現代より活発に動き回っていたなんて話も聞きます。現代では考えられないような巨大なムカシトンボなどが飛べたのも、ひとえに生体が豊富な酸素を使えたから‥という話です。
逆に火山活動や気候変動の影響で酸欠気味の時代もあったようです。

窒素はどうか分かりませんが、酸素・炭素については、海に溶けたり、鉱物に形を変えたり、空気中の炭酸ガスになったり、いろいろなので生態系・気候・太陽活動などのバランスで酸素や二酸化炭素の濃度は上下してもおかしくはないはずです。
いずれにせよその都度適応した生物が栄えた訳でしょう。

あと酸素が多すぎると何でもかんでも燃えやすくなるので、山火事などで酸素が消費されて、結局それほど濃度はあがらない‥という話も聞いたような気がします。

何だか自信なさげな回答で恐れ入りますが。

たぶん、ですが窒素の量は最初から決まっているんでしょうね。
堆積岩などに閉じ込められる分も多少はあるのかもしれませんけど。

で、酸素のほうですが、何億年というスパンで見ると酸素濃度はそれなりに上下しているようです。
古生代は酸素が現在の2倍近くあって、昆虫や動物は現代より活発に動き回っていたなんて話も聞きます。現代では考えられないような巨大なムカシトンボなどが飛べたのも、ひとえに生体が豊富な酸素を使えたから‥という話です。
逆に火山活動や気候変動の影響で酸欠気味の時代もあ...続きを読む

Q1気圧は1013hPaと言いますが、、、

大気圧・1気圧は1013hPaと言い、これは地球上の海抜面の大気圧を平均した値ということだとHPで見たのですが、これは温度(気温)は何℃での話なのでしょうか??
仕事上で海抜補正について、検討しなければならず、困っています。
よろしく、お助け下さい。
また、下記のHPを参考に検討しようと考えています。
http://www.juen.ac.jp/scien/naka_base/met_cal/press_height.html
http://www.juen.ac.jp/scien/naka_base/chigaku/kishou03.html
これら以外に有用なHPがありましたら、あわせて教えて下さい。

Aベストアンサー

No.1の回答をご覧になってかえって混乱されておいでのようですが,内容的にも質問に対してまともに回答しているとは思えませんし,それ以前に日本語としても通じない文章ですので,あまり気にしないのがよろしいかと存じます。

お仕事で必要なのは,「気圧を実測して,海面更正の計算をする」ということですね?
それでしたら,1気圧=1013hPaの話はとりあえず忘れましょう。
>15℃だとすると、20℃では換算しなければいけないんでしょうか・・・。
海面更正であれば,最低限,現地気圧・現地気温・観測値の高度が必要です。

参考URLにかかげたページに,気象庁の公式観測で用いられている海面更正の式が出ています。
また,この式の導出方法は,たとえば二宮洸三著『気象が分かる数と式』(オーム社,2000年)の130~132ページに出ています。
さらに,この式において便宜上,気温分布を-0.5℃/100mとして,高度と現地気温から,気圧の補正値(海面気圧-現地気圧)を求めるための数表が『理科年表』にのっています(2002年版では340ページ)。二宮さんの本にも同じ表が出ています。

「1気圧」という単位は,今日では温度に関係なく,「1013.25hPa」に等しいと定義されています。
歴史的には,海面高度における気圧の平均値ということで始まった単位なのでしょうが,今日ではもはやその意味を離れているというべきでしょう。
1インチが2.54cmに等しく,1貫が3.75kgに等しいのと同様,1気圧は★常に★1013.25hPaに等しいのです。
むしろ,1mの定義になぞらえた方が,より適切かもしれません。
もともと1mは「北極から赤道までの距離の1000万分の1」として定められ,それに従ってメートル原器が作成されました。
ところが,そのメートル原器の印から印までの長さを1mとして地球の大きさを測りなおして見たら,北極から赤道までは10000mではなく,10002mあったのです。
しかし,すでにメートル原器に基づいた長さとして使われはじめていたので,ここで当初の定義に合わせてメートル原器の示す長さを0.02%長くしたら,混乱の下になりかねません。
そこで,最初の定義を捨てて,メートル原器の長さを1mとして定義しなおしたわけですね(1889年,第1回国際度量衡総会)。
その後さらに変遷を重ねて,現在では光の速度から定義されていることはご存じかと思います。

1気圧は,1954年の第10回国際度量衡総会の決議4で,
「あらゆる適用に対して次の定義,
1標準大気圧=1 013 250ダイン毎平方センチメートル,
すなわち,101 325ニュートン毎平方メートル,
を採用することを声明する」
と定められました。

したがって,
>これは地球上の海抜面の大気圧を平均した値ということだとHPで見た
とのことですが,それはおそらく「歴史的にはそのような意味づけで定められていた」ということでしょう。
もし,現在でもそれが定義であるかのような書き方がされていたとしたら,そのページを書いた人の誤りです。

なお,1013.25hPaという数値を求めるにあたってどのような計算が当時行われたかまでは,ちょっとわかりません。まあ世界中の海面気圧の値を用いたのは確かでしょうし,気温についても何らかの考慮があった1かもしれませんが,ちょっと資料がありません。
確かなのは,今日,圧力の大きさを「何気圧」と書き表す際に,実際の平均海面気圧を求めるためにそのつど世界中で観測を行ったりする必要はないよ,単にhPaの数字を1013.25で割り算するだけですむのだよ,ということです。

ちなみにNo.1の回答に「上空5000mの気温を測った人はいませんよ」とありますが,昔(気象観測の草創期に)気球に乗って命がけで上空の気温を観測した話を聞いたことがあります。あれは記憶違いだったのでしょうか。
(長くなってすみません。)

参考URL:http://www.narusawako.jp/kaimenkiatsu.htm

No.1の回答をご覧になってかえって混乱されておいでのようですが,内容的にも質問に対してまともに回答しているとは思えませんし,それ以前に日本語としても通じない文章ですので,あまり気にしないのがよろしいかと存じます。

お仕事で必要なのは,「気圧を実測して,海面更正の計算をする」ということですね?
それでしたら,1気圧=1013hPaの話はとりあえず忘れましょう。
>15℃だとすると、20℃では換算しなければいけないんでしょうか・・・。
海面更正であれば,最低限,現地気圧・現地気温・観測値...続きを読む

Q平均分子量

平均分子量についてイマイチわかりません。高校生レベルで教えてください。

Aベストアンサー

>以下の内容は.高等学校で教えているのでしょうか。
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これは高校化学で教えています。

みなさんの言うとおり、分子量×割合(分圧)で計算します。
平均分子量は見かけの分子量をあらわすので、その名のとおり、平均値です。
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Q気体の膨張率は気体の種類で違うのか?

気体の膨張率は気体の種類で違うのか?との質問ですが、1度温度が下がる毎に、絶対零度に近づき、1/273.15づつ体積が小さくなるのだから、全て気体の膨張及び、縮小率は同じと私は思います。しかし私が説明しても職場の人は??違うといいます。

 私が間違っているのでしょうか?
 皆さご教授を宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

質問されている方がどういう場面でこの話をされたかが分かりません。どういう職場かも分かりません。気体の膨張率の話が出るというというのはどういう職場なんでしょう。。これが分からないと答えようがありません。
私は単に話がかみ合っていないだけのように思います。どちらが正しいとか間違っているとかの話ではないと思います。職場の方達が質問者様の話の何処に納得が行かなくて引っかかったのか解きほぐす必要があります。正しいことを言っているから分からない方がおかしいという立場だと相手のこだわりが分かりません。
解答されている方は理想気体の話をされています。でも気体の状態方程式は皆知っているというレベルの場面ではないと思います。だから理想気体を持ち出す必要のないところに問題があったのではないかなと思っています。普通の職場で理想気体と実在気体の食い違いが問題になる事があるでしょうか。

シャルルの法則は18世紀の後半(1787)です。
内容は2つあると思います。
(1)「種々の気体は同じ膨張係数を持つ」
(2)「膨張係数の値は1/273である」

(1)の方が(2)よりも測定しやすい内容だと思います。同じ割合で増加するというのは証明しやすいです。この割合が気体ごとにバラバラな値ではなくてほぼ同じになるというのは新しい法則の発見として受け止められたと思います。有効数字4桁とか5桁の話ではありません。2桁から3桁あれば充分です。

温度測定がはいってくると難しくなります。273を出すのでもかなり難しいです。300が出ればまあ成功でしょう。
273.15という現在の絶対零度の値を出して法則を押し付けると反発が来ます。何でそんなに細かいところまで言えるんや?となります。有効数字5桁で成り立つという事は無理です。これになると基準系としての理想気体という考えが必要になってきます。

でも法則というのはそこまでの数値の精度がいつも求められているものでしょうか。
ある出来事の結果を幅1割の範囲で予想出来るということがあったとします。これは普通の意味で言うと凄いことです。1%の範囲で予測できるというと普通は神業です。でもそれが出来るというのが法則です。
確かさの表現として「十中八九」とか「九分九厘」とかがあります。うえの10%、1%に対応します。有効数字で2桁から3桁の精度です。

普通の気体で普通の温度、圧力の近くで用いる限り、ボイルの法則もシャルルの法則も充分この精度で当てはまります。常温で気体の物質を加熱していくとき(此処で冷やすを持ち出すといけません)にシャルルの法則は有効です。圧力も10気圧程度までだったらかなり安心して使えます。ボンベに加圧して入れるなんて事を想定する必要はありません。よく「温度が高いとき」とか「」圧力が低いとき」とかの注が載ります。でも実用的に用いるとき「どれくらい温度が高蹴ればいいのか」、「どれくらい圧力が低ければいいのか」の目安を与えている本は少ないです。こういう事を曖昧に聞かされると「役に立たないことを教えられている、こんな事やっても仕方がない」と投げ出してしまう生徒が出てきます。

気体の法則ですから気体である範囲でしか使えないという前提は必要です。だから「高温とは気体が液体になる温度に比べて」ということになります。「1気圧は低圧だ」と考えてよいでしょう。

ボイルの法則に比べてシャルルの法則の方が馴染みにくいです。「圧力が2倍になれば体積が半分」という表現に比べて上に書いた法則(1)(2)の内容は難しいです。「温度を2倍にすれば・・・」だったら楽なんですが「絶対温度を2倍にすれば・・・」ですからちょっとハードルがあります。
でも「ピストンの付いた容器に気体が入っている。室温から何℃くらいまで加熱すると体積が2倍になるか。100℃、150℃、・・・と50℃刻みの値で答えよ。」だと答えやすいのではないでしょうか。

質問されている方がどういう場面でこの話をされたかが分かりません。どういう職場かも分かりません。気体の膨張率の話が出るというというのはどういう職場なんでしょう。。これが分からないと答えようがありません。
私は単に話がかみ合っていないだけのように思います。どちらが正しいとか間違っているとかの話ではないと思います。職場の方達が質問者様の話の何処に納得が行かなくて引っかかったのか解きほぐす必要があります。正しいことを言っているから分からない方がおかしいという立場だと相手のこだわり...続きを読む

Q密閉容器での空気の圧力・膨張

20℃の密閉容器を60℃にした際、密閉容器内の圧力はボイルシャルルの法則により比例します。
しかし、密閉容器内に水蒸気量というか、水分があれば、水上気圧の影響はどの程度、あるのでしょうか?無視できるくらいなのでしょうか?
また、式などあればご教授お願いします。

Aベストアンサー

20℃で液体の水が無く、水蒸気と空気で、60℃でも空気と水蒸気だけで、系は通常のボイルシャルルの法則に従います。また混合完全気体もPV=nRTになります。そして成分iの分圧はPi=xiPと定義されます。Pが全圧、xiがモル分率です。各分圧についてもPiV=niRTとなります。

20℃で液体の水が存在し60℃でも液体の水が存在した場合の具体的な数字が知りたいのでしょうか?たとえば体積が100 L=0.1 m^3で初期状態で空気の分圧は1.00x10^5 Paだったとします。液体の水があるので、温度が決まれば平衡水蒸気圧は決まります。なお液体の水は残っていたとしてもこの水への空気の溶解度とか温度上昇に伴う蒸発での水の減少体積は無視できるとします。

20℃(293 K)
水蒸気分圧(平衡水蒸気圧);2.32x10^3 Pa(n=2.32x10^3*0.1/(8.314*293)=0.0952 mol)
空気分圧;1.0x10^5 Pa(n=1.0x10^5*0.1/(8.314*293)=4.1051 mol)
全圧(分圧の和);1.0232x10^5 Pa(4.2003 mol)
この条件で初期水蒸気圧は全圧の2.27%です。

60℃(333 K)
水蒸気分圧(平衡水蒸気圧);19.81x10^3 Pa(n=19.81x10^3*0.1/8.314*333)=0.7155 mol)
空気分圧;mol数が4.1051 molなのでP=4.1051*8.314*333/0.1=1.1365x10^5 Pa
全圧(分圧の和);1.3346x10^5 Pa
60℃において全体としてPV=nRTが成り立っています。即ちPV=1.3346x10^5*0.1=13346, nRT=(0.7155+4.1051)*8.314*333=13346です。
また昇温後の水蒸気圧は全圧の14.84%です。

20℃で液体の水が無く、水蒸気と空気で、60℃でも空気と水蒸気だけで、系は通常のボイルシャルルの法則に従います。また混合完全気体もPV=nRTになります。そして成分iの分圧はPi=xiPと定義されます。Pが全圧、xiがモル分率です。各分圧についてもPiV=niRTとなります。

20℃で液体の水が存在し60℃でも液体の水が存在した場合の具体的な数字が知りたいのでしょうか?たとえば体積が100 L=0.1 m^3で初期状態で空気の分圧は1.00x10^5 Paだったとします。液体の水があるので、温度が決まれば平衡水蒸気圧は決まります。な...続きを読む


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