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理科の時間：空気の重さ


初めにお断りを。

この記事では、有効数字をテキトーに扱ったり、計算が面倒だと数字を丸めたりしているので、出てきた値は概算（誤差だらけ）となる。

考え方とか計算の手順は、概ね（ってなんだあ？）合ってると思うんだがな・・・。

（空気に重さはあるの？）
[URL]

「まず、からのスプレー缶に自転車の空気入れなどで、空気をつめて重さをはかるね。」

図にもあるけど、危険なので実際に行うことはできない。

「Q：「空気に重さはあるの？」
A：空気は目でみることはできないけど、重さがあることはわかったね。
空気の重さは、温度や湿度（しつど）によって変わる。標準空気(20℃、湿度（しつど）65%、1気圧)の1リットルの重さは、約1.2gなんだよ。」

（参照基準大気）
[URL]

「温度20 ℃、絶対圧101.3 kPa (760 mmHg)、相対湿度65 %の空気」

「空圧部品の性能に関する空気の流量は圧力・温度で変化するので、基準の条件を設けている。」

空調屋さんの記事だからな、仕方ないか・・・。

疑い深い浮沈子は、一応理屈で納得したいので計算してみる。

空気は、概ね７９パーセントの窒素と２１パーセントの酸素で出来ている（アルゴンなどが１パーセント弱あるけど、窒素の方に突っ込んでる）。

簡単のため、８０パーと２０パーとしておこうか（テキトーです）。

気体分子は、１モル当たり分子量グラムの重さがあるから、按分して仮想の空気分子の重さを得ることができる。

２８グラム（窒素分子）×０．８＋３２グラム（酸素分子）×０．２＝２８．８グラム（空気分子）

標準状態（ＮＴＰ：摂氏０度１気圧）では、気体分子は１モル当たり概ね２２．４リットルの体積になる事が分かっている（詳細は後述：気体の種類によって、ビミョーに異なるが、空気を構成する主な気体は、だいたい２２．４リットルになるので、ここで行う計算上の問題はない）。

で、割り返すとどうなるか。

２８．８グラム（空気分子）÷２２．４リットル＝1.29グラム（１リットル当たり：有効数字はテキトーです）

ちょっと違うけど、概ね正しい。

温度補正をかけてみる。

気体は、その種類を問わず、同じ圧力なら温度が１度高くなると体積は２７３分の１だけ増える。

摂氏２０度では、２７３分の２０だけ体積が増えるのでその分軽くなる（体積は（２７３＋２０）÷２７３倍になる）。

１．２９グラム（空気分子１リットル）×２７３÷（２７３＋２０）＝1.20グラム

ビンゴだな。

湿度の補正についても、一応見ておくことにするか・・・。

（湿度）
[URL]

「空気が水蒸気の形で包含できる水分量（飽和水蒸気量）は、温度により一定している。この限度を1として、実際の空気中の水分量が最大限度の割合で表した数値が、湿度である。通常はパーセント(百分率)で示される。このため「湿度100%」は水が満たされているという意味では無い。」

「飽和水蒸気量は、気温が高くなるほど大きくなり、1度あたりの増加量も拡大する。このため、相対湿度が同じでも、気温が高いほど空気中の実際の水蒸気量は多い。」

「容積絶対湿度（英語: volumetric humidity、略称: VH）とは、大気中に含まれる水蒸気の密度（容積あたりの質量）である。単位はグラム毎立方メートル（g/m3）が用いられている。」

「これは、飽和水蒸気量に相対湿度をかけた値に等しい。」