のっぽさんの勉強メモ

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10/11 理+生:高度(こうど)が「上がる」と、「下がる」ものなーんだ? ~「高度」と色々な要素~

 理科+生活の話ー。

 高さを表す用語の「高度(こうど)」と、
 それが上がることによって下がったりするいろいろの話です。


 前置き。
 タイトルで書いたように「高度(こうど)」、つまり物の高さについての話です。
 (※ここの「高い」は「空に近く、上の方にある」意味で、値段の高さなどの話ではありません)


 で、そんな高度が上がるほど、下がるものはいっぱいありまして。
 例えば以下の3つがあると思われます。


①高度が上がると、「気圧(きあつ)」が下がる
②高度が上がると、「沸点(ふってん)が下がる
③高度が上がると、「酸素濃度(さんどのうど)」が下がる(※誤り)
 (※この表現は実は誤りですが、わかりやすいのでテーマとしては書いておきます)


 まあ順番に見ていきましょう。



☆①高度が上がると、「気圧(きあつ)」が下がる

 山の上の方などに行くと、「気圧(きあつ)/空気の圧力」はどんどん下がっていきます。
 何故かというとおそらく「上に重なっている空気が少ないから」と思われます。

 まず、空気はとても軽いように思えますが、それでも重さ*1はあります。
 例えば手をひゅっと動かした時にも、なんとなく空気の「手触り」はありますしね。
 手触りや触れた感触(かんしょく)があるなら、空気はちょっとだけ手の邪魔をしていると思われます。
 一方で例えば「光(ひかり)」に触れようとしたときに手触りはありません。重さも感じません。
 よって手触りのある空気には「重さ」はある、と思われます。
 そういったちょっと重い「空気」が空の上の方までずーっと重なっていると。

 で、布(ぬの)や布団(ふとん)を思い浮かべてくれればいいのですが、
 1枚1枚は軽くても、重ねるとすごい重くなりますよね。
 空気も同じように重なっているので、いっぱい重なった下の方だと重く、重なった量が少ない上の方だと、ちょっと軽くなると思われます。
 それは重さによる「圧力(あつりょく)/ぐいぐい押してくる力」が大きい・小さいと言えるので、
 空気の圧力である「気圧」は、下から上に「上がる」ほど、逆に圧力としては「下がる」のだと思われます。



☆②高度が上がると、「沸点(ふってん)が下がる

 「沸点(ふってん)」というのは、液体(えきたい)*2などが「沸騰(ふっとう)」する温度*3ですね。
 そもそもの「沸騰(ふっとう)」というのは液体から泡(あわ)がぼこぼこ出てきたり、液体が気体になる・なり始める現象です。お湯を沸かすときに関わってきたりしますね。

 で、この「沸点」も「気圧」が低いと下がります。
 例えば水の沸騰温度は普段「100℃」ですが、「気圧」が低いところだと「80℃」でも沸騰するようになるようです。
 上の①で書いたように「高度が上がると気圧が下がる」ので、
 「高度」が「上がる」と「沸点」が「下がる」。高いところでは物が沸騰しやすくなるわけですね。
 ちなみに何故「気圧が低いと沸点が下がるのか?」ということについての雑考は下の追記を参照下さい。



☆③高度が上がると、「酸素濃度(さんどのうど)」が下がる(誤り)

 まずは、筆者の思い間違いの説明から。
 「高いところに行くと酸素(さんそ)が薄くなる」と思っていたのですが、
 インターネットで調べると空気中の酸素の割合時代は変わらないみたいですね。

 ただ、気圧が低いので、空気や空気の成分がバーッと散って薄くなっているようで。
 結果的には酸素を取り入れるのが大変、みたいな感じのようです。
 (ここら辺は難しいので理解しきれていません)
 いずれにせよ、山の上では平地(へいち)と同じような呼吸法では酸素が採り切れなかったりするので、
 酸素不足で「高山病(こうざんびょう)」になる人も多いという話です。

 なので今回③のテーマを正しく言い換えるなら、
 「高度が上がると、呼吸で取れる酸素量が下がる」とか
 「高度が上がると、酸素を取る効率が下がる」という感じかもしれません。



 …とまあ、こんな感じですかね。


 世界にはいろんな高度の場所があり、色んな条件や状態になっていたりします。
 「水は100℃で沸騰する」ということは、「どこでも通用する事実」みたいにも思えますが、実はそうでもないと。
 また「自分は体が丈夫」と思ってても、高度が上がれば確かではありません。


 とても高い場所に「上がる」時は、普段の常識が使える率も「下がる」。
 それくらいに思って動くと、よいかもしれませんね。



 まあそんな感じで~。



 関連用語:「密度(みつど)」*4



追記
 で、そもそも「気圧が低いと何故沸点が下がるのか?」というのが難しいので、ちょっと調べて考えてみたのですが。
 「動く物を外側から押さえる力が弱くなる」からではないかと思われます。

 まあ順番に行くと。
 Wikipediaを見た感じでは「沸点」とはある意味で「その物が(気体になって)激しく動き出す温度」みたいな感じです。
 「沸点が下がる」と言われると、つい「温まりやすいのか?」というイメージもわきますが、
 実際には温度自体が変わっているわけではありません。80℃で沸騰なら、あくまで80℃です。

 なので、仮に「5℃が沸点」という液体があったら、
 「沸騰してぼこぼこなって、なんか煙も出てる」けど、触ったら割と「冷たッ!」となると思われます。
 (ちなみに自販機の冷たいジュースの温度が5℃~12℃くらいらしいです)

 ここら辺を総合して考えると。
 例えば、ある液体が激しく動いて「気体みたいに広がりたいぜ!」と思っていたとしましょう。
 でも外からギューッと抑えられていたら、「自由度が足りなくて気体のような動きはできないぜ…」と液体のまま、液体のボディに留められると思われます。この場合は液体の周りにある空気の「気圧」が押さえる役目ですね。
 でも液体がもっと激しく動けば、外からの圧力を突き破って外へ飛び出していくことができます。
 「液体」のボディの枠を超えて、より「気体」として広がることができるわけです。
 これがいわゆる「沸騰(ふっとう)」という現象ではないかと。

 で、そもそも外から押さえる力が弱ければ、液体はもっと動きやすくなり、気体に変わりやすくなります。
 なので「気圧」が弱まると、液体を押さえる力は弱まり、より変化しやすくなる。より低い温度から変化、沸騰してくるようになる。
 それが「沸点(ふってん)が下がる」ということではないかと思います。押さえられる限界点が下がる」みたいな感じですね。

 まあここら辺は軽く考えただけなので、正確な所は他の資料等をご覧ください。



追記2
 本文で書いた通り、沸騰しやすくなっても温度自体は変わりません。
 なので、高所で料理をする時は気を付けた方がいいかもしれません。
 「沸騰しているからもういいだろ」と思って火を止めたら、「思ったより煮えてない」ということがあるかも?
 そういえば、調理用具(ちょうりようぐ)の「圧力鍋(あつりょくなべ)」は圧力を高めることによって調理してるようですが…また今度調べなくてはなりませんね。


追記3
 本当は「上がると下がるものなーんだ?」くらいのタイトルにしたかったのですが、当てはまるものが多そうなのでやめときました。



◆用語集
・高度(こうど)
 あるものの高さ。本文で紹介したのは主に上方向への(物理的な)高さ。
 英語では「altitude(アルティテュード)」や「height(ハイト)」。
 人間はトレーニングすれば高いところにも順応(じゅんのう)できる、つまり慣れられるらしいがそれでも限界はある。
 Wikipediaによれば、8,000mを超える高度は「デス・ゾーン」と呼ばれ、ここでは人体は順応することができないとのこと。
 ちなみにWikipediaによれば地球の大気(たいき)は高度によって呼び名が分かれており、以下のようになっているとのこと。(以下転載の上に微調整)
 ・「対流圏(たいりゅうけん)/troposphere(トロポスフィア)」:
   …地表(ちひょう)から、極(きょく)では8kmまで、赤道(せきどう)では18kmまで
 ・「成層圏(せいそうけん)/stratosphere(ストラトスフィア)」:
   …対流圏から50kmまで
 ・「中間圏(ちゅうかんけん)/mesosphere(メゾスフィア)」:
   …対流圏から85kmまで
 ・「熱圏 (ねっけん)/thermosphere(サーモスフィア)」:
   …中間圏から675kmまで
 ・「外気圏(がいきけん)/exosphere(エグゾスフィア)」:
   …熱圏から1万kmまで
 関連用語:「飛行機(ひこうき)」*5

 
・沸騰(ふっとう):
 液体が気体になる現象の一つ。
 Wikipediaによれば、まず液体が気体になることを「気化(きか)」といい、その中には「沸騰(ふっとう)」と「蒸発(じょうはつ)」があるとのこと。
 「蒸発」は液体の表面(ひょうめん)が気体になる現象で、一方で「沸騰」は内部も気体になるらしい。なので、中でできた気体が外の方へ湧き上がってくるので、沸騰すると泡(あわ)がぼこぼこ生じることになるというわけだ。
 ちなみに「お風呂」*6に関して「お風呂を沸かす」という言葉がある。「沸」という漢字が入っているが、これは「沸騰」させているわけではないことに注意。何故ならだいたい風呂の温度が「38~42℃」だとして、水の「沸騰」の温度は「100℃」である。とてもオーバーしている。おそらく火傷(やけど)してしまうので注意。
 関連用語:「変形(へんけい)」*7

・沸点(ふってん);
 物が沸騰(ふっとう)する温度(おんど)。
 英語では「boiling point(ボイリング・ポイント)」。
 物体や液体によって違うので、色んなものを混ぜると全体の沸点はまた変わる。
 ちなみに、怒りやすい人に対して「沸点が低い」ということもある。我慢(がまん)の限界値(げんかいち)が低いということだろう。
 また怒りに関しては「頭が沸騰する」とか、「瞬間湯沸かし器」、「身体がカーッとなる」、「烈火のごとく怒る」など「熱(ねつ)」*8に関する表現が多い。これは怒る時に体温(たいおん)が上がることがあるので、そこからきていると思われる。
 関連用語:「閾値(いきち)」*9、「キャパシティ」*10

・気化(きか):
 液体が気体に変化すること。
 英語では「vaporization(ヴェポライゼーション)」。
 関連用語:「蒸気(じょうき」*11、「ペルティエ効果」*12



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*1:「重さ」については 6/10 理科:武器(ぶき)と筋肉(きんにく)と位置エネルギー - のっぽさんの勉強メモを参照。

*2:「液体(えきたい)」や「気体(きたい)」については 1/16 英語:「氷」関係の英単語~氷魔法アイスクリーム~ - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*3:「温度(おんど)」については 11/11 理+数:「0」=「マイナス」!? ~絶対零度(ぜったいれいど)の話~ - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*4:「密度(みつど)」については 1/19 理科:いろんな「ぎっしり具合」の話! ~濃度(のうど)、密度(みつど)、湿度(しつど)~ - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*5:「飛行機(ひこうき)」については 5/14 生活:図書館(としょかん) is 無料エアポート(空港)!? - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*6:「風呂(ふろ)」については 3/26 歴+国:お湯を「沸かす」のに「涼しい」名前!? ~茶道の「風炉(ふろ)」「涼炉(りょうろ)」の話~ - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*7:「変形(へんけい)」については 4/30 理+国語:「変形(トランスフォーム)」してテストを迎え撃つ!? ~日々にあふれる「変形(へんけい)」~ - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*8:「熱(ねつ)」や「体温(たいおん)」については 5/10 英語:「熱(ねつ)」の話 - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*9:閾値(いきち)」については 11/15 英+こころ:家と心の「スレッショルド」!? ~「敷居(しきい)」の話~ - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*10:「キャパシティ」については 1/29 こころの話:魔法「いい人」のMPコスト! ~やべえ、オーバーした!~ - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*11:「蒸気(じょうき)」については 1/9 理科:火山(かざん)などについてざっくり - のっぽさんの勉強メモ を参照。

*12:「ペルティエ効果」については 1/23 理科:電気絡みの話もろもろメモ ~from 父~ - のっぽさんの勉強メモ を参照。