温められた空気の重さについてです。
温められた空気は軽くなる、と記憶しているのですが、それってどのくらい軽いのかな？と調べていくうちに
・温められた空気の密度が膨張して変わったからであって、重さは変化していない。
らしい？。
そこでもう少し調べていくと、
およそ、１００℃で２５％、２００℃で４０％、３００℃で５０％、、、軽くなる。
と書いてある実験内容を見つけました。
気体の重さに変化はあるのか無いのか、疑問です。
詳しい方、できるだけ噛み砕いて教えて頂けると嬉しいです。（理科系の知識があまりないもので）
✨ ベストアンサー ✨
温度を上げると体積が増え、密度が小さくなるから軽くなる。気体の質量は変化してない。
以下理由
空気は混合気体だから質量は成分により変わりますが、窒素:酸素=4:1だとします。すると、窒素、酸素の分子量は変わらないから、質量gは変化してないということに。
次に、密度を考えます。密度の単位はg/㎤です。つまり、質量gを体積㎤で割り算しています。温度を上げると体積は膨張し大きくなります。詳しくは気体の状態方程式pV=(w/M)RTで、V=(w/pM)RTですから、Tが上がるとVは比例してます。
温度が上がり、体積が増えると、密度g/㎤の分母が大きくなるから、密度は(分子gが固定で分子㎤が増えるから)小さくなります。
よって、一番最初に書きましたが、温度上昇で体積が増えると、密度が小さくなり、その結果、気体gは変化してないが軽くなる。
気球を飛ばすのもこの原理を使っているのかなと。気球に入っているガスは変わらず、温めて飛んでますよね。
そんな感じかなと思います🙇
OKです。
いえいえ🙇
質量は体積と密度に依存します。
例えば1cm³の鉄と1cm³の発砲スチロールでは鉄の方が重いですよね。これは、鉄の方が発泡スチロールよりも密度が大きいからです。密度はg/cm³で表されるので、体積あたりのどれくらい密集しているかの度合いのように考えれば良いと思います。
空気を含む気体は温められると体積が大きくなりますが、質量は変わらないので密度だけが小さくなっていきます。そのため、周りの温められていない空気より密度が小さくなるので上の方に行きます。
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詳しい説明ありがとうございます。
こんな感じに理解しましたが、
間違った解釈があれば、指摘して頂けると嬉しく思いますm(_ _)m
特に、
・質量は同じ＝同じ物質が同じ数入っている箱、みたいな？（画像1枚目）
・気体の密度は温度に反比例する。（画像2枚目）
のところあたりは、少し自信が無いです…💦
（理数、苦手な分野で…。）
黄色く囲んだ所はこつぶさんの回答をそのまま書きました。
それ以外の部分は私の捉え方も多々混じっていると思います…。
宜しくお願いします！