トリチェリーの真空についてなのですが、、

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質問者：yakkafab
質問日時：2011/10/03 01:19
回答数：6件

トリチェリーの真空についてなのですが、、

僕の認識に問題があるんだとは思うんですけど、よく分からないので質問させてもらいます。

トリチェリーの実験のときに試験管の上部にできる真空っていうのは水銀を押し上げようとしないんですか？？

というのも、僕が考えてる真空というのは、人為的に空気を抜くなりして無理やり実現するイメージがあって、それはたとえば、でき得る限り空気を抜かれた瓶のフタをあけたら圧力差が開放されて外部の空気を勢いよく吸い込むように、安定になろうとするイメージがあります。

ならば、トリチェリーの真空によってつくられる真空も『外部からの働きかけで無理やり作られ、機会があれば安定化しようとしている』状態なような気がして、それなら水銀はその真空の『元に戻ろうとする力』を受けていてもいいんじゃないか、と思うわけです。

できるだけわかりやすく、どこが間違っているかご教授頂ければ助かります！

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回答 (6件)

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No.6

回答者： 22pn52doc
回答日時：2012/09/01 15:10

横やりで失礼します。

しかも、質問が設けられてからだいぶ時間がたってますので、
もはや入用ではないかもしれませんが。。。

私も同じ疑問を持ちました。

で、あれこれ調べてみたところ、次のサイトに行き着きました。
http://nandemo.ciao.jp/otenki-nandemo/kaze-nande …

まず、貴殿の質問に対する皆さんの回答を読んだうえで、
上記のサイトを読むと、意味するところが「腑に落ちる」かも知れません。

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No.5

回答者： kagakusuki
回答日時：2011/10/09 05:01

　回答番号ANo.2です。

　水銀柱は力や圧力そのものではありませんから、

>これは大気圧と水銀柱がつりあっている。

という表現は不正確です。
　正確には、
「大気に接している水銀の液面と同じ高さにおける、水銀柱内の圧力と、大気圧が釣り合っている」
或いは、
「大気圧が水銀柱を押し上げる力と、水銀柱の重さ（水銀柱に加わる重力）が釣り合っている」
と考えた方が宜しいかと思います。
　補足に描かれている内容に関して言いますと、その他の部分は合っています。

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No.4

回答者： htms42
回答日時：2011/10/03 12:55

＞、僕が考えてる真空というのは、人為的に空気を抜くなりして無理やり実現するイメージがあって、それはたとえば、でき得る限り空気を抜かれた瓶のフタをあけたら圧力差が開放されて外部の空気を勢いよく吸い込むように、安定になろうとするイメージがあります。

そのイメージで間違ってはいません。
問題は「人為的に空気を抜くことによって実現する」と書かれている方法です。
簡単な装置で真空（真空に近い状態）を作ることのできる方法としてどういうものを考えておられますか。

ピストンの付いた円筒状の容器（シリンダー）に空気が入っているとします。１気圧です。
ただピストンを引いても真空は出来ません。中に入っている空気の圧力が低くなるだけです。体積が１０倍になれば圧力は(１／１０)気圧に、体積を１００倍にすれば圧力は(１／１００)気圧になります。これではまだ真空に近い状態であるとは言えないです。せめて圧力をもう１桁下げて、(１／１０００)気圧とか、(１／１００００）気圧に下げることができれば実用上は真空であるとすることができるでしょう。

体積を大きくするためにはピストンを引かなくてはいけません。
体積の倍率を高くするために初めに空気を追い出しておいてからピストンを引きます。水銀を使ってガラス管を縦に使うというのは引く力として重力を利用していることになるのです。水銀はピストンの代わりもしています。長いシリンダーに合うピストンを作るのは難しいですが水銀だとガラス管の内壁がいくらかいびつであってもぴったりと栓をすることができます。栓になるというのは液体であればいいのですがおもりの代わりもするというのは密度の大きい水銀が最適です。液体を使うと初めにあった空気を全部追い出してしまうという事もできます。でも液体を使うと必ずその液体と平衡状態にある蒸気が発生します。空気を完全に追い出して~からピストンを引いたつもりになってもその液体の蒸気が空気の代わりをするようになれば真空（または真空気近い状態）を作るということはできません。
３００Ｋ（＝２３℃）での水の飽和蒸気圧は≒０．０３５気圧≒(１／３０)気圧です。水を使えばどんなに長いパイプを使っても０．０３５気圧以下にはならないのです。水柱の高さが９ｍ６５ｃｍを超えると沸騰が起こって気体の量を増やします。液面は圧力と重さが釣り合うところまで下がります。
水銀の蒸気圧は３１５Ｋ（４２℃）で(１／１００００)気圧です。これは十分に「真空である」と言っていいくらい真空に近い状態です。
水銀はおもりの役割をしています。７６ｃｍの水銀柱で真空を作ることのできるおもりの役割が実現するのです。
重力を利用するためであればガラス管が立っていなくてはいけません。傾けて行くと真空は消滅します。（水銀溜めにガラス管の下端を浸けたままガラス管を急に傾けると水銀がガラス管の上部を突き破ってしまうという事故が起こることがあります。要注意です。）

トリチェリーが作ったのが「真空」であるというのは後の時代での解釈です。トリチェリーが作ったのはガラス管の中の不思議な空間だったのです。この空間を真空とみなしてもかまわないという説を出したのがパスカルです。水銀柱の高さがまわりの大気圧によって決まるということを実験で示したのもパスカルです。
パスカル全集の中に科学論文集が含まれていると思います。読んでみると面白いです。

この回答への補足

no3の方にということでしたが、すみません、no4の方の補足欄を使わせていただきます(汗

大気圧は常温中では一律に1気圧存在しているけれど、周囲の大気どうしが互いに1気圧で押しあっているため、普段大気圧がそのままの値で現れる事はない、

けれどトリチェリーの実験では水銀柱を倒立させることで、水銀柱は重りとピストンの役割を果たし、重力により引き下がろうとして試験管内に真空に近い状態ができる。

このとき、真空と外圧の気圧差が重力とつりあう力として現れるが、真空と外圧の気圧差とはすなわち大気圧と同値なのだから、これは大気圧と水銀柱がつりあっている。そこでつりあった水銀柱の長さを大気圧の単位として対応させた

ということでしょうか。

補足日時：2011/10/09 00:34

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No.3

回答者： Saturn5
回答日時：2011/10/03 12:01

Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の方の回答にありますように、真空にものを吸い込む力は

ありません。
でも、日常生活で掃除機などは減圧で空気を吸い込んでいますね。
これは我々が大気圧のあるところで生活しているからです。
掃除機が吸い込むというよりも、周りの空気の方が圧力が高いので、
掃除機の中に入っていこうとするのです。

トリチェリの実験も大気圧下で行われています。
ですから、７６０ｍｍの水銀を吸い込んでいるではありませんか？
これは本来、まわりの大気圧が水銀を押し上げているのです。
ですから、１気圧＝７６０ｍｍＨｇ　という圧力表記が成立するのです。

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この回答へのお礼

回答ありがとうございました！NO3の方の補足覧にてまとめて理解を確認させて下さい。

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お礼日時：2011/10/09 00:15

No.2

回答者： kagakusuki
回答日時：2011/10/03 11:12

　真空に吸い込む力はありません。

　周りの大気に、大気圧という押し込む力があるため、押し返す力の無い真空の部分に、空気が押し込まれるだけです。
　一方、水銀には重力という、水銀を低い所へ流れ落そうとする力が働いています。
　この大気圧が水銀を管の中に押し込む力と、重力が水銀を落とそうとする力が釣り合う高さが、水銀の液面から、76cmの高さなのです。