17.断熱変化

[目的]断熱変化による急激な温度変化でおきる現象を観察する。
[準備]圧気発火器 丸底フラスコ 綿 注射器 ゴム栓付きガラス管 ゴム管
[操作]
 a)断熱圧縮による発火
圧気発火器のピストンを一気に押し下げ、空気を圧縮する。
b)断熱膨張による雲の発生
フラスコ内に少量の水を入れ、注射器を引いて空気を膨張させる。
 
[留意点・工夫点]
発火させるには綿繊維をごく少量入れる。ティッシュペーパーでもよい。
雲の発生には、容器内の空気を抜き減圧する方法と空気を入れて加圧した容器の栓を開けることで一気に減圧する方法とがある。
雲を多量に発生させるには、フラスコ管内に多量の水蒸気があるような状態にしておく。水の代りにアルコールを使用してもよい。
線香の煙をフラスコ内に入れ、煙の微粒子を核に雲をつくるとよい。アルコールの場合は引火に注意する。
加圧・減圧による容器の破損に注意する。
丸底フラスコの代りに炭酸用の耐圧ペットボトルも使用できる。注射器が50mlならば500mlのものが適当である。
ゴム栓と注射器の代りに、炭酸飲料保存用の加圧栓(フィズキーパー)やワイン酸化防止用の減圧栓も利用できる。ペットボトルロケット用圧力栓と自転車の空気入れでもよい。
容器内にサーモテープ等を入れ、加圧や減圧による温度変化を直接見てもよい。
ゴム管は耐圧のものでなくともよい。
容器内の空気を圧縮すると、周りへの熱の放出がないので(断熱圧縮)、温度が上昇して試験管内の綿が発火する。容器内の空気を減圧すると周りからの熱の供給がないので(断熱膨張)、温度が下がって水蒸気の一部が水滴になり、雲が発生する。再び空気を入れると、温度が上がり雲は消える。
圧気発火器の製作(操作の図参照)
 [準備]肉厚な試験管 試験管に合うピストン 透明なアクリル管(保温)
アクリル管にはめれるゴム栓(クッション材) 綿