飛行機に乗った時の気圧と空調って。。。

飛行機に乗った時にお菓子の袋がパンパンになりました。
「飛行機に乗ると外気圧が下がり、袋の中の空気が膨張するからだよ」と言われましたが、ピンときません…。外気圧が下がるとどうして膨張するのですか？高度何万メートルとは言っても飛行機の中は温度も地上と変わらないくらい（寒いですけど）に保たれてますよね？
何となく私の勝手なイメージですけど、地上の気圧より空の上の気圧は低いから袋が外から押さえられなくなって、、、というような感じはありますが、では、どうして飛行機が地上に着いてもそのパンパンになった袋は元に戻らないのでしょうか？
どうして空気が膨張するのか、どうして地上に戻ってきても袋が元に戻らないのかの2点と、もし可能ならば飛行機の中の空調ってどうなってるのかご存知の方いらっしゃいましたらそれも加えて３点について教えて頂けたらと思います。
よろしくお願いします。

No.6 回答者： drmuraberg 回答日時： 2009/08/08 19:19

おじさんも時々飛行機に乗ったり登山をしたりします。

持っていった小袋入りのビールのつまみやカップラーメンも上ではパンパンに膨れます。
カップラーメンは山の上で食べますので戻ってきませんが、食べ残しの
つまみの小袋はペチャンコに戻っています。

観察を物理的に説明しようとすると次の３つが考えられます。

１）圧力の影響
　例えば、羽田（海抜ゼロ、１気圧）から出発、機内0.7気圧、20～23℃で袋はパンパン、
目的地（海抜1000m、0.9気圧）に到着、圧力差0.1気圧で袋はまだパンパン。
1000ｍというと新穂高温泉の高さで、そんな所に有る飛行場は日本にはありません。
海外ならメキシコシティーは2000ｍ以上で気圧は0.7～0.8気圧の間ですが。
後でしぼむのを説明できません。

２）温度の影響
　例えば、出発地温度20℃前後、機内0.7気圧20～23℃、目的地 35℃なら気体の熱膨張で
袋はあるていどは膨らむ。ただし、温度差１０℃で気体の体積膨張は３％程度ですから
有力ではありません。

１）と２）の効果の組合せも可能ですが、難があります。

３）菓子内のガスや脂等の揮発性物質による
　ビールのつまみは柿の種、ピーナツ、乾し小魚等の堅いものですが、
菓子の場合は
気体を含み気体透過性の有る海老せんやビスケット類が有ります。
機内の減圧下で袋の中で揮発性物質は菓子から袋内に逃げ出します。
一度、菓子外に出たガスは圧力が戻り高くなってもすぐには菓子内に戻れません。
徐々に菓子の種類によって違う速さで菓子の中に戻り、そうすると袋は徐々にペチャンコに
なるのではないでしょうか。

３）の可能性が当たっているかどうか確認するためには、次の機会には注意深く
観察するようお勧めします。色々な種類のお菓子を食べ残すほど買って貰うことが
とても大事です。
（登山に河童えびせんを持っていった事は有りません。次回考えてみます。
歩いて下りるのに時間が掛かるのが難点ですが。）

No.5 回答者： windsnow 回答日時： 2009/08/07 21:17

No.2-3です。

　補足を受けましたので。
＞でもお菓子の袋も魚の浮き袋も、どうして膨らむんでしょう…。
物理での説明だと「ボイル＝シャルルの法則」を持ち出さないといけない
のでしょうけれど、式を眺めたところで現象の直接の説明でもない．．．。
言えるのは温度が上がっても、圧力が下がっても体積は増えるという
ことです。この菓子袋の場合、内圧は常時周りの空気で押されていて
その場の気圧と等しくなってます。（袋が張るまでは）　なので周りの圧力
が下がればその分体積も増えます。単純に気圧が半分になれば２倍に
なろうとします。飛行機の巡航高度の話だと標高２４００ｍの山に登った
と同じになり、体積は３割増し程度になります。
疑問は解るつもりですが、答えになってるかは自信無いです．．．。

一応↓
ボイル＝シャルルの法則　wiki
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C%E3%82%A4% …

袋が元に戻らないというお話は正直わかりません。通常の生活圏で
の標高差、及び気象変化での気圧差がそれほどあるとも思えません。
温度も購入時～機内～到着地で袋が受けた変化は持ち歩いた人間
と同じなのですから大差があった訳でもないでしょうし。
となると「元に戻らない」のは気圧や温度以外に要因があることに
なってしまいますが、どんなメカニズムによるのか見当がつきません。
幾つかのサイトで山登りで膨らむ話は取り上げてるのですが、そのまま
持ち帰ったものがどうなったか、までは書いてありませんでした．．．。

今回No.1様の回答内容について触れましたが、回答内容に齟齬があると
質問者や閲覧者が判断に困るのではと考えたからで、この場が質問に
対して回答することのみが許されており、それ以外は禁則に触れる可能
性があることも承知しています。また他の回答者様の回答方法に注文を
つけるつもりも毛頭ありません。今後も同様です。
今回、質問者の方に余計な当惑を与えたとすればお詫びいたします。

No.4 回答者： KonnaMonde 回答日時： 2009/08/07 10:49

>でも着陸後の袋はパンパンでもホテルに着くと徐々に元に戻る袋もあれば、パンパンのままの袋ものもありました。

例としていた0.3気圧の差というのは登山とかでなくても町中で普通に起こりうる気圧差なんですかね？

町中で普通に起こりうる気圧差ではありません。　国内線では、先の説明のようなことはまずありません。


>機内の温度がそんなに低いのなら、温度が空気の膨張に影響しているということは考えにくいですか？

機内の温度は20～23℃くらいに調節しています。　低いのは機外の温度の話です。
よしんば、相当の温度差があったとしても、温度差でこのようなことが起きるとは通常考えられません。

質問者様が、実際に経験されたことですので、いろいろ考えてみたのですが、残念ながら私にはその現象についての説明はできません。　もちろん、そのような経験もありません。



No.2　さまへ

＞外気とこの圧縮された高温の空気とを混合させですが、これだとコールドエアは外気のラムエア直接導入みたいな語弊がありませんか？

御指摘の通りです。
ただ、一般の方に専門的すぎる解答をしても (例えば、ENGINN の　BLEED AIR を２分し、片方を AIR CYCLE MASHINE ー HEAT ENCHENGER で冷却し…云々は、よほど機械的に興味がありある程度予備知識のある方でないと理解できないと思っていますので)、かえって混乱を前いたり、長文に亘る説明をしなければならなくなるのではと考え、分かりやすいであろうと思う表現をしました。
質問者様からの更に詳しいことを要求がありましたら、そのとき、より詳しく説明すればよいというのが私のスタンスです。

しかし、外気がこんなに低と云う事を感じてもらおうとの意図もありましたけれど、確かに端折りすぎた感も否めません。　反省します。

この回答へのお礼

そうですか。
そんな経験はありませんか…。
でも私はあるんです。
国内じゃないです。
海外です。
でも国内でもあったような気もします。
不思議です。
ご回答ありがとうございました！

お礼日時：2009/08/07 14:20

No.3 回答者： windsnow 回答日時： 2009/08/07 04:31

No.2です。

一部勘違いしてました。

最初のご質問は「外気圧が下がっても機内は地上と同じ温度
気圧の筈だがどうして膨らむのか」という趣旨ですね。だとNo.１
の方の回答と、私の回答の中にある通り、高空を飛んでる時
の機内圧力は高度２４００ｍ相当まで下がってるから、でした。

蛇足ですが地上でエンジンが掛かってないときはＡＰＵという
小型のジェットエンジンがエンジンの代わりに空調用の圧縮
空気を作っています。駐機中の飛行機の機体後部付近で
「ゴー」と言ってるのがそれです。

あと、ちょっと気になったのがNo.１の方の回答最下段の
＞外気とこの圧縮された高温の空気とを混合させ
ですが、これだとコールドエアは外気のラムエア直接導入
みたいな語弊がありませんか？　揚げ足とりの様で申し訳
ありません。No.１の方は、数ある航空関係の質問＆回答で
疑問符の付く回答も多い中（どう考えても誤った認識、航空
従事者なら１００％知ってるハズのことを知らないと言う人．．．）
「あ　この人本物だ」と思える方だとは承知申し上げているので
すが、この表現は少々違うと思うのです。

No.2 回答者： windsnow 回答日時： 2009/08/07 03:47

＞外気圧が下がるとどうして膨張するのですか？

袋の中の空気の圧力がその外より高くなれば膨らみますが、逆に
外が低くなって袋の中が同じまま、でも同様のことが起こります。
深海魚を釣り上げたとき、浮き袋が膨らむというのも同じです。
ゴム風船を密閉容器に入れて、中の気圧を下げる実験とか
ご覧になったことないでしょうか。これも膨らみます。

＞どうして地上に戻ってきても袋が元に戻らないのか
原理的には袋が完全密閉であって、離陸前と着陸後の気圧が
ほぼ同じなのであれば一旦膨らんだ袋は元に戻ってる筈ですが、
そうならないのはちょっと解りません。袋の材質で、パンパンのとき
伸びて多少変形し、そのままの形が残る様に見えるのかもしれま
せん。

＞飛行機の中の空調ってどうなってるのか
一般的な与圧航空機・旅客機の話です。ごく大雑把に言って：
１）エンジンが吸い込み、圧縮した空気を一部分けて持って来ます。
　（抽気、ＢＬＥＥＤと言います。断熱圧縮で高温高圧の空気です。）
２）数段階に分けて冷却します。外気を使った空気対空気のラジエター
　みたいなもの（ＨＥＡＴ-ＥＸＣＨＡＮＧＥＲ）や断熱膨張・圧縮を使う
　機械（ＡＩＲ-ＣＹＣＬＥ-ＭＡＣＨＩＮＥ）といったものを通過させて行います。
３）熱い空気と冷やした空気を適当に混ぜて２０℃前後の空気を
　作ります。これを飛行中、常時機内に供給します。
４）３）までは詰め込むばかりですが、これを機体の一部から逃がす
　ことで圧力を調整します。（ＯＵＴ-ＦＬＯＷ-ＶＡＬＶＥ）　言ってみれば
　風呂桶に水道を出しっぱなしで水を入れ、底の栓を適当に開け締め
　すれば水位を調整できるのと同じです。
．．．こうして機内の高度は最高でも高度８０００ｆｔ（２４００ｍ、富士山
６合目程度）以下になるように保たれ、２分に一回程度全て入れ替わる
様に換気されます。圧力調整は離陸・上昇から徐々に下げていって、
巡航でほぼ一定に、降下中に再び上げて地上と同じになる様にします。
乾燥もしますが一度冷却する行程で水が除かれるのと、もともと高空の
空気に水分が少ないせいです。

この回答への補足

そうですか！
特に飛行機の部分、すごく詳しいですね！
おもしろいです。
でもお菓子の袋も魚の浮き袋も、どうして膨らむんでしょう…。
見たことはあってもピンと来ません。
気圧が影響してという言葉の意味はわかりますが、気圧が影響するということはどういうことなんでしょう…。空気の体積自体は変わりますか？
熱が加わって蒸気になりとか、それが冷たくなってまた水になったり氷になったりというのはわかります。
うーん、私の疑問、通じますか…。
いかがでしょう…。

補足日時：2009/08/07 05:15

No.1 回答者： KonnaMonde 回答日時： 2009/08/07 03:11

>高度何万メートルとは言っても飛行機の中は温度も地上と変わらないくらい（寒いですけど）に保たれてますよね？

違います。　
ほとんどの旅客機は、高度１万メートルで 0.7 気圧前後になるよう調節されています。　温度は通常の範囲で自由に設定できますが、20～23℃くらいになるよう調整します。


>どうして空気が膨張するのか、どうして地上に戻ってきても袋が元に戻らないのかの2点

地上が １ 気圧 (菓子袋の中の圧力も約 1 気圧) に対して、上空の機内の圧力は 0.7 気圧、つまり 菓子袋は機内の圧力より 0.3 気圧高くなるので、パンパンになります。

地上に戻ってくると、周囲 (勿論、機内も) の圧力も 1 気圧に上がるので、当然、元の状態に戻ります。


>飛行機が地上に着いてもそのパンパンになった袋は元に戻らないのでしょうか？

これが事実だったのなら、到着した飛行場の高度が高かったか、出発地の気圧より、到着地の気圧が低かったか、あるいはどちらも、の可能性があります。

通常は、元の状態に戻ります。


>飛行機の中の空調ってどうなってるのか

1 万メートル付近の大気の温度は季節や場所により異なりますが、－50～60℃くらいになります。
一方、エンジンの内部で圧縮された空気は高温になります (150℃くらい)。

旅客機の空調は、外気とこの圧縮された高温の空気とを混合させ、20～23℃くらいに調節して、機内に取り入れることで与圧と空調とを兼ねて行っています。　客室内の空気は、3分くらいで換気 (すべて入れ換える) されています。

この回答への補足

そうですか！
とてもわかりやすいです。
でも着陸後の袋はパンパンでもホテルに着くと徐々に元に戻る袋もあれば、パンパンのままの袋ものもありました。例としていた0.3気圧の差というのは登山とかでなくても町中で普通に起こりうる気圧差なんですかね？
機内の温度がそんなに低いのなら、温度が空気の膨張に影響しているということは考えにくいですか？気圧の差はピンと来ませんが、温度が出発地と到着地でどうのというのは肌で感じやすいなと思いまして…。いかがでしょう？

補足日時：2009/08/07 05:13