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お風呂の中に普通にふくらませた風船をいれていると、いつのまにか、パンパンに膨らんでいます。
なぜでしょうか?また、パンパンに膨らませた状態でいれると、破裂するのでしょうか?
子供の自由研究にしようと思っています。分かりやすい言葉でお願いします。

A 回答 (5件)

水蒸気は風船を貫通するが、空気は風船を貫通しないからでしょう。



風船の中から押す力と、風船の外から押す力が均衡したところで風船の大きさが決まります。

風呂場の外で膨らませた風船の内部には水蒸気はあまりない(=無としましょう)。
風呂場の中は水蒸気に満ちているものとします。
風船を風呂場に持ち込むと、風船の内外で水蒸気圧が異なるので、風呂場の水蒸気が風船に侵入しようとします。
水蒸気は風船のゴムの分子的隙間よりも小さいので、水蒸気が風船の中に浸透して風呂場と同じ水蒸気圧になろうとします(エントロピー増大の法則)。

一方、風船の内外にある空気はゴムの分子的間隔より大きいので、空気の移動は起こりません。

風呂場に持ち込まれた風船には入るもの(=水蒸気)があり、出るもの(=空気)が無いので膨らみます。

ちなみに水蒸気はH2Oの分子で、大きさは0.04ミクロンという小さなもの。
ゴム以外にも色々な物を通過できます。
例えば木の柱、土の壁など、伝統的な日本建築に使われている材料を楽々と通過できるので、日本家屋が湿度の高い日本の気候で快適なんですね。
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この回答へのお礼

分かりやすい言葉で、とても丁寧に説明していただき、有難うございました。

早速 実験してみます。

お礼日時:2010/08/23 16:47

中の空気がお湯の温度で暖められて膨張したからです。


風船が耐えきれなくなれば破裂すると思います。

自由研究に使うネタなら
ビニール素材のぱんぱんにふくらませたガス風船は
冷えた部屋で冷えたボンベからガスを入れ
暖かい部屋に出すと降りてきてしまうことがあります。
ビニール製のガス風船を買うと注意書きに書いてありますが
考えるとおもしろいかもしれません。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。参考にさせていただきます。

お礼日時:2010/08/26 11:36

多くの物質は熱で膨張しますが、特に気体は熱膨張の度合いが大きいです。


この規則性を「シャルルの法則」といい、ほぼ(温度+273)に比例するのです。
もし気温が27℃で、水温が42℃だったら
27+273=300、42+273=315なので
315は300の5%増しですから、理論的には5%増したことになります。

ただし、風船は膨らむほど、縮もうとする力は大きくなる筈で
5%も膨らんでいないかもしれません。
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この回答へのお礼

丁寧な回答を有難うございました。この法則は、お湯の中でなく湯船の外に放置していた時でも成り立つのでしょうか?意味不明なことを聞いていたらすいません。ただ質問は湯の中でなく、お風呂の中に入れて放置していたときのことだったので。お礼なのに質問してすいません。

お礼日時:2010/08/23 22:20

風船ではありませんが、同じような現象を実験したホームページがありました。



参考URL:http://www.mni.ne.jp/~yosiyukikudo/taisekisenzai …
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この回答へのお礼

ホームページ見させていただきました。参考にさせていただきます。有難うございました。

お礼日時:2010/08/26 11:38

 お風呂のお湯は熱いですね。

風船に入った空気が熱で膨張します。次第に大きくなりますが、中に入った空気も少ないので破裂するほどには成りません。風船のゴムが縮む力が大きいでしょうから。

 その風船を今度は冷たい水をかけて見て下さい。今度は小さくなっていきます。

 それと風船をそのまま放置して小さくなるのは風船のゴムも小さい見えない穴が多数空いているのです。少しずつ空気が抜けているのですよ。

 風船ついでに、これは科学館などで液体窒素を使った実験で同じような実験を見せてくれることがあります。液体窒素に風船をいれるとどうなるのか等々。
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この回答へのお礼

有難うございました。とてもよく分かりました。参考にさせていただきます。

お礼日時:2010/08/26 11:39

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