物(固体・液体・気体)の体積と温度

物の体積は温度が変化すると変わります

物は固体(氷)・液体(水)・気体(水蒸気)に分けられますが、

温度ともに変化する様子はそれぞれ違います。

固体・液体・気体、すべて(水は例外)温度が上がると体積が増えます(膨張)

温度による体積変化は「気体>液体>固体」となります。

固体の体積変化

固体は温度が上がると体積が増えます(「膨張」)

逆に、温度が下がると体積が縮みます(「収縮」)

固体が膨張する割合を「膨張率」といい、金属がもっとも

大きいです。ただし、液体や気体に比べると固体の膨張率

は非常に小さいです。

(実験例)金属の玉・わっか

1 わっかを(ギリギリ)通る位の金属の玉を用意

2 金属の玉をあたためるとわっかを通らなくなる

3 冷やすと(再度)わっかをとおる

見た目には分からなくても、熱の影響で体積が大きくなる事が分かります。

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(フリー写真素材)

例えば、電線がたるませてあるのは、冬になると温度が下がり、

体積が縮み、収縮するからです。最初からピンと張ってあると

切れたら大変ですからね(他にも理由はあるようですが・・・)。

液体の体積変化

(水以外の)液体は温度が上がると体積が増加(膨張)します。

水は、4度の時に体積が最小となり、その前後では膨張します。

(→(同じ体積なら)4℃の時が密度が濃いので水の重さは一番重くなります)

水の体積変化の図

(実験例)

画像出典:『中学入試くらべてわかるできる子図鑑 理科』p131

図を見ると分かりますが、フラスコを暖めると、水の体積が大きく(膨張)

なるので、「印」の位置が上がります。逆にフラスコを冷やすと、体積が

小さくなる(収縮)ので、「印」の位置が下がります。

例題)真冬に湖が凍る時には表面から凍っていきます。何故か説明してください。

気体の体積変化

気体はすべて、温度が上がると体積が膨張し、温度が下がると収縮します。

膨張・収縮の割合はすべての気体で同じです。

温度が1℃変わると、0℃の時の体積の1/273増えたり減ったりします。

気体は体積の変化が最も大きいです。

(実験例)

上記の「水」と同じ実験を「空気」ですると分かります。

フラスコを暖めると、空気の体積が大きく(膨張)

なるので、「印」の位置が上がります。逆にフラスコを冷やすと、

体積が小さくなる(収縮)ので、「印」の位置が下がります。

 

温度による体積変化は「気体>液体>固体」となります。