中2理科②：霧や雲の発生

この記事で学ぶこと

空にうかぶ、ふわふわの雲。そして、朝もやの正体である霧。これらは、いったい何でできていて、どうやって生まれるんだろう？ この単元では、空気中にふくまれる目に見えない「水蒸気」が、目に見える「水や氷のつぶ」に大変身する、魔法のようなしくみを、実験と論理で解き明かしていくよ！

空気中の水蒸気：飽和水蒸気量と露点

空気は、目には見えないけれど、水蒸気という形で水分をふくむことができる。しかし、コップに水が無限に入らないのと同じで、空気がふくむことのできる水蒸気の量には、限界がある。この、**１立方メートルの空気がふくむことのできる、最大の水蒸気量**のことを「飽和水蒸気量ほうわすいじょうきりょう」という。

そして、この飽和水蒸気量は、**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、非常に重要な性質を持っている。あたた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水蒸気を含めない「小さなコップ」だとイメージしよう。

ちさまるといっしょに考えよう！

もし、水蒸気をたくさんふくんだ、あたたかい空気が、急に冷やされたらどうなるんだろう？ 大きなコップ（あたたかい空気）に入っていた水（水蒸気）が、小さなコップ（冷たい空気）に入れかえられたら…？

その通り！ コップから水があふれてしまうように、空気も、ふくみきれなくなった水蒸気を、目に見える**「水のつぶ」**として追い出すんだ。この現象を「凝結ぎょうけつ」という。そして、この凝結がはじまる温度のことを「露点ろてん」とよぶ。冷たいジュースを入れたコップのまわりに水滴がつくのは、コップのまわりの空気が冷やされて、露点よりも温度が下がり、空気中の水蒸気が凝結した結果なんだ。

雲のできかた：空気のかたまりの上昇

雲の正体は、この「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だ。では、空の上で、どうやって空気は冷やされるんだろう？ その最大の原因が、**「空気のかたまりが、上空へとのぼること（上昇気流）」**なんだ。

コレクトの論理 de 解説

地上と上空では、気圧が異なります。上空へ行くほど、自分をおさえつける空気の重さ（気圧）は小さくなります。空気のかたまりが上昇すると、まわりからおさえつける力が弱まるため、空気のかたまりは風船のようにふくらみます（膨張ぼうちょう）。

そして、空気は膨張するときに、熱を消費します。そのため、上昇した空気のかたまりは、温度が下がるのです。やがて、その空気の温度が露点まで下がると、中の水蒸気が凝結を始め、雲のつぶが生まれます。これが、雲の発生する、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. 丸い炭酸飲料用のペットボトルに、少量の水（またはぬるま湯）を入れてよくふる。
2. 線香のけむりを少しだけ入れて、すぐにキャップをしめる。（けむりの粒が、水蒸気が集まる核になります）
3. ペットボトルを、両手で強く、へこむくらいおさえて、すぐにパッと手をはなす！

手をはなした瞬間、ペットボトルの中の気圧が急に下がり、空気が膨張して冷やされる。すると、ペットボトルの中が一瞬で白くくもるはずだ。これが、きみの手で雲を作り出した瞬間だ！

受験対策まとめ

雲の発生は、計算問題と記述問題の両方で狙われる最重要単元だ！

1. 飽和水蒸気量と露点の計算をマスターする！
   飽和水蒸気量のグラフや表を読みとり、ある空気の露点や、冷やしたときに凝結する水蒸気の量を計算できるようにしよう。湿度の計算も頻出だ。（湿度(%) = 1㎥の空気に実際にふくまれる水蒸気量 ÷ その気温での飽和水蒸気量 × 100）
2. 雲のできかたを、４つのキーワードを使って説明できるようにする！
   「上昇 → 膨張 → 温度が下がる → 露点に達して凝結」この論理的な流れは、記述問題で何度も問われる。ペットボトル実験と関連づけて、完璧に説明できるようにしておこう。

チャレンジ問題

気温30℃で、1㎥あたり17.3gの水蒸気をふくむ空気のかたまりがあります。下の飽和水蒸気量の表を使って、次の問いに答えなさい。

（※ここに、気温と飽和水蒸気量の関係を示した表が入る想定）

問１：この空気の湿度は何％ですか。（わり切れない場合は、小数第一位を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㎥あたり約何gの水滴が出てきますか。