中2理科②：霧や雲の発生

この記事で学ぶこと

空にふわふわ浮かぶ雲、そして朝もやの正体である霧。これらって、いったい何でできていて、どうやって生まれてくるのかなぁ。
この単元ではね、空気の中に隠れている「水蒸気」が、目に見える「水や氷のつぶ」に大変身するしくみを一緒に探っていくんだ。魔法みたいな変化のナゾを、実験と理屈で解き明かしていこうよ！ PON！

空気中の水蒸気：飽和水蒸気量と露点

空気は、目には見えませんが、水蒸気という形で水分を含むことができます。しかし、空気が含むことのできる水蒸気の量には限界があります。この、1立方メートルの空気が含むことのできる最大の水蒸気量を「飽和水蒸気量ほうわすいじょうきりょう」と呼びます。

飽和水蒸気量は、気温が高いほど大きく、気温が低いほど小さくなるという性質があります。暖かい空気はたくさんの水蒸気を含むことができる「大きなコップ」、冷たい空気は少ししか含めない「小さなコップ」だとイメージすると分かりやすくなります。

ちさまるといっしょに考えよう！

水蒸気をたっぷり含んだあたたかい空気が、急に冷やされたらどうなっちゃうんだろう？ 大きなコップに入っていた水が、小さなコップに無理やり入れかえられるみたいな感じかなぁ。

その通りです。入りきらなくなった水蒸気は、目に見える「水のつぶ」として空気中に出てきます。この現象を「凝結ぎょうけつ」といい、凝結が始まる温度を「露点ろてん」と呼びます。冷たいコップの周りに水滴がつくのは、周りの空気が冷やされて露点より温度が下がり、凝結が起きた結果なのです。

雲のできかた：空気のかたまりの上昇

雲の正体は、凝結によって生まれた無数の小さな水や氷のつぶの集まりです。上空で雲ができる最大の原因は、「空気のかたまりが上昇すること（上昇気流）」にあります。

コレクトの論理 de 解説

地上から上空へ行くほど気圧は低くなります。空気のかたまりが上昇すると、周りから押さえつける力が弱まるため、空気は膨らみます（膨張ぼうちょう）。

空気は膨張するときに熱を消費するため、上昇した空気のかたまりは温度が下がります。やがて温度が露点まで下がると、中の水蒸気が凝結を始め、雲のつぶが生まれるのです。これが雲が発生する物理的なメカニズムです。

やってみよう！ ペットボトルで雲作り！

1. 丸いペットボトルに、少量の水を入れてよく振るよ。
2. 線香の煙を少しだけ入れて、すぐにキャップを閉めよう！（煙のつぶが、水蒸気が集まる「核」になるんだって！）
3. ペットボトルを両手で強くへこませて……パッと手を離してみて！

手を離した瞬間、ペットボトルの中が白くくもるはずだよ。気圧が急に下がって空気が膨張した証拠なんだ。自分の手で雲を作るなんて、なんだかワクワクしちゃうよね！ PON！

受験対策まとめ

雲の発生はテストの超重要ポイントだよ！ ボクと一緒にPON！と整理しておこうね。

1. 計算は「コップ」のイメージで！
   飽和水蒸気量のグラフを使って、実際に含まれている量と比較しよう。湿度の計算式も忘れずにね！
2. 「4つのステップ」で説明できるように！
   「上昇 → 膨張 → 温度低下 → 露点に達して凝結」。この流れ、記述問題で本当によく出るから完璧にしておきたいよね！

チャレンジ問題

気温30℃で、1立方メートルあたり17.3gの水蒸気を含む空気があります。（30℃の飽和水蒸気量を30.4g、20℃を17.3g、10℃を9.4gとします）

問1：この空気の湿度は何％ですか。（四捨五入して整数で答えなさい）

問2：この空気を冷やしていくと、約何℃で水滴ができ始めますか。

問3：この空気を10℃まで冷やすと、1立方メートルあたり約何gの水滴が出てきますか。