空気の膨 張ぼうちょうと 収 縮しゅうしゅく 気体き た いは、液体えきたいや固体こ た いに比くらべて温度による変化が大きくなります。温度が１℃上がると、0℃のときの(1…分数で) ずつ体積たいせきが増え、１℃下がると(1)ずつ減っていきます。この変化はどんな気体き た いにもあてはまり、これが気体き た いの特 長の一ひとつです。そのため、0℃で 546 ㎤の空気の温度を 27℃にすると、その体積は(2)㎤になります。 また、同じ空気が27℃で 1200 ㎤のとき、(3)℃に 暖あたためると、空気全体の体積が 27℃のときの 1.2 倍になりま す。 空気の膨 張ぼうちょうと 収 縮しゅうしゅくの利用 ①へこんだピンポン球だまをお湯につけてあたためると、元もとの 形にもどってよく弾はずむようになります。 ②空からのペットボトルの口に水でぬらした百円玉をのせて、 両手でボトルをあたためると、百円玉が「ゴト、ゴト」と 動き出します。このとき、百円玉を水でぬらすのは、あたためられたペットボトルの中の(4)が、百円玉との すきまから逃にげないようにするためです。 水の膨 張ぼうちょうと 収 縮しゅうしゅく 水も温度が上がると、 体積 たいせき が膨 張ぼうちょうし、温度が 下がると 収 縮しゅうしゅくします。 しかし、その割合わりあいは気体き た い と比くらべてかなり小さいため、 あまり目立め だたちません。また、フラスコに水を入れて膨 張ぼうちょうを調べる実験では、あたたまりはじめの面が一 瞬いっしゅん 下がりますが、これは(5)の膨 張ぼうちょうによるためです。それほど水の温度による体積たいせきの変化は目立め だたないのです。 水の温度変化と体積たいせき 水の体積たいせきの変化は複雑ふくざつで、水以外の液体えきたいではこのような変化はしません。 ①水は(6)℃のときが一番体積たいせきが小さく、温度がそれ以上下がっても 上がってもその体積たいせきは増えていきます。 ②4℃の水１g の体積たいせきは1.0000 ㎤です。そのため、同じ体積たいせきの水の重さは、 4℃のときが一番(7…重くか軽くで)なります。 気温が0℃よりも下がり、池の水の表面が凍こおっても池の底そこは4℃の水のまま のため、底そこにいる魚が凍こおることはありません。
水以外の液体えきたいの膨 張ぼうちょうと 収 縮しゅうしゅく 水以外の液体えきたいは温度によって一定の割合わりあいで変化します。そのため、水銀すいぎんやアルコールなどの液体えきたいが温度計などに 利用されています。このとき、アルコールは水の約5 倍、水銀すいぎんは約0.9 倍の変化をします。 水のすがたの変化 こおり氷をあたためたときの温度変化のグラフ 水は温度によって、こおり氷(固体こ た い)･水(液体えきたい)･水蒸気すいじょうき(気体き た い)と変化します。 水と 氷こおり ①水がこおるときの温度と水がとけるときの温度 水は(8)℃のときに 氷こおりになったり、 氷こおりが水になったりします。 グラフのＡＢ間は全すべてが(9…氷か水か水蒸気で)の状態です。 このとき、加くわえた熱は(9)の温度を上げるために使われています。 ②水が 氷こおりになるときの変化 水が 氷こおりになると、その体積たいせきは４℃の水のときよりもおよそ(10…分数で)だけ体積たいせきが 増えます。くわしく量はかると、1 ㎤の水が 氷こおりになると1.09 ㎤の体積たいせきになることが 分かっています。冬場に水道管が破裂は れ つすることがあるのはこれが原因です。 また、 氷こおりを作るときに食 塩しょくえんを 氷こおりに加えると、 氷こおりの温度をさらに下げることが できます。このときの食 塩しょくえんを(11)といい、 氷こおりと食 塩しょくえんを重さで3：1 くらいの割合わりあい で混まぜると－20℃まで温度を下げることができます。 グラフのＢＣ間はこおり氷と水が混まざった状態です。氷が全すべて水になるまで(8)℃のままで、温度は上がりません。 加 くわ えられている熱はすべて 氷こおりを溶かすのに使われています。 ＣＤ間は全すべてが(12…氷か水か水蒸気で)になった状態です。加くわえられている熱は(12)の温度を上げるのに使われて います。ＤＥ間は水が(13…氷か水か水蒸気で)に変化している状態です。加くわえられている熱はすべて水を(13)に変 化させるのに使われています。 ―水の特別な性質― 液体のとき 固体になったとき ろうそくのロウは、液体えきたいから固体こ た いに変化したときに中央がへこんでいます。 体積 たいせき が減へったためです。このように、多くのものは液体えきたいから固体こ た いに変化 すると体積たいせきが(14…増えるか減るで)のですが、水だけはこの反対の変化を します。
①水の蒸 発じょうはつ 水がその表面から水蒸気すいじょうきになって出ていくことをじょうはつ蒸 発といい、ふつうは温度が高くなるほどそのはたらきが さかんになります。しかし、寒い日の朝に湖の表面から湯気ゆ げのようなものが出ていることから、水は温度が低く ても蒸 発じょうはつすることが分かっています。 ②水の沸騰ふっとう 水の温度が100℃に近づくと、水の表面だけではなく内部からもさかんに大きなあわが出てきて、水が沸わき立たつ ようになります。これを沸騰ふっとうといい、沸騰ふっとうしている間の水温は100℃のままで変わりません。 ③水の沸点ふってん(沸騰ふっとうする時の温度)と気圧き あ つ(空気の重さ) 水の沸点ふってんは気圧き あ つと関係があり、気圧き あ つが高くなるほど沸点ふってんが上がり、気圧き あ つが 低くなるとその反対になります。 富士山(3776m)などの高い山では気圧き あ つが下がり、沸点ふってんが約(15…87・77・67 から 選ぶ)℃くらいになってしまいます。 世界一の高峰こうほうのエベレスト山(8848m)では約(16…80・70・60 から選ぶ)℃です。 また、コップに入れた水のまわりを真しん空くうにすると、気圧き あ つがなくなるため、 コップの中の水はまるで沸騰ふっとうしているように蒸 発じょうはつしていきます。このとき、蒸 発じょうはつするために熱を使うため、 残った水はすべて氷になってしまいます。 ④水蒸気すいじょうきになるときの体積たいせきの変化 水は水蒸気すいじょうきになるとその体積たいせきはおよそ(17…100 の位までのおよその数で) 倍に増えます。このときに出る大きな力を利用したのが 蒸じょう気き機き関かんです。 図で目に見えない部分にあるのが(18)で、白く見えるものは(18)が 冷ひやされて水にもどった(19)です。(18)は気体き た いのため、目に見えない のです。 物の３つのすがた ①(20)… 氷こおりのように形と体積たいせきが決まっているものを(20)といいます。 石・木・鉄・砂糖さ と う・食 塩しょくえんの結晶などのことです。 ②(21)…水のように体積たいせきは決まっているが、入れ物によって形が変化する ものを(21)といいます。アルコール・水銀すいぎん・石油せ き ゆ・塩酸えんさんなどのことです。 ③(22)…水蒸気すいじょうきのように一定の体積たいせきや形をもたず、入れ物全体に広がる ものを(22)といいます。空気・二に酸化さ ん か炭素た ん そ・酸素さ ん そ・水素す い そなどのことです。
資料 これらの変化は、すべてその物体がうけとった熱エネルギーによっておきています。そのため、常 温じょうおん(20℃前後の 気温のとき)では固体の鉄も、高温で液体になり、やがて気体になっていきます。資料からは食塩も(23)℃あたり から気体になることが分かります。 *アルコールランプの使い方の注意* ⇒ ⇒ 1.器具き ぐ類は平たいらなところに 置き、まわりをかたづけます。 2.芯しんの長さ(5 ㎜ぐらい) を調節 します。 3.アルコールの量を(24…？分目 ぶ ん め ) くらいにします。多すぎると、アル コールがもれて、 直 接ちょくせつアルコール に火がついてしまい、少なすぎる と、入れ物の中でアルコールが爆発ばくはつ をおこすおそれがあるためです。 ⇒ ⇒ 4.マッチを使って火をつけま す。火は横からななめ上に近 づけます。 5. 炎ほのおの先の 4 分の 1～3 分の １くらいの部分が金網かなあみにあた るようにします。 6. ふたをかぶせて火を消し、さら に、もう一度ふたをとって、アルコ ールの気体をにがします。
確認１ 100ｇの水の体積は 100 ㎤です。これがこおるとその体積はおよそ 1.1 倍になります。下の(1)･(2)にそれぞれ 記号で答えなさい。 (1) 100 ㎤の氷の重さはおよそ何ｇになりますか。最も近いものを選びなさい。…(25) (ア)51ｇ (イ)91ｇ (ウ)100ｇ (エ)110ｇ (2) (1)から、氷のかたまりを水に入れるとどうなると考えられますか。ただし，水は十分に深いものとしま す。 (ア)浮く (イ)沈しずむ …(26) 確認2 水の体積は、実際には一定ではなく、温度によって変化します。 グラフは、100ｇの水の体積が 0℃から 8℃の間でわずかに変化する ようすを示しめしています。下の問いにそれぞれ記号で答えなさい。 (1) グラフには、0℃から 8℃までしか示されていません。温度を 8℃よりも上げていくと、100ｇの水の体積 はどのように変化しますか。…(27…ア～エから選ぶ) (ア)温度が高くなるにしたがって一定の割合で膨ぼうちょう張するため、アルコールのように温度計に用いるのに適てきして いる｡ (イ)温度が高くなるにしたがって一定の割合で 収 縮しゅうしゅくするため、アルコールのように温度計に用いるのに適てきして いる。 (ウ)温度が高くなると膨 張ぼうちょうするが、その割合は一定ではない｡ (エ)温度が高くなると 収 縮しゅうしゅくするが、その割合は一定ではない。 (2)グラフから、次のようなことが分かります。あてはまるものをそれぞれア・イから選びなさい。 同じ100ｇの重さの水を比くらべると，温度が4℃のときに最も体積が(28…ア大きい イ小さい)。したがって、いろい ろな温度の水を100 ㎤ずつ用意して重さを比べると、４℃の水が最も(29…ア重い イ軽い)ことがわかる。 確認3 秋から冬にかけて気温が下がってくると、湖や池では表面の水が冷やされます。下はこのことによって、水が こおり始めるまでの変化を順番にのべたものです。あてはまる文をそれぞれＡ～Ｃの記号で選び答えなさい。 ① 初めは、水温が４℃よりも高い。 ② (30) ③ (31) ④ ②と③をくり返し、やがて全体の水温が4℃に なる。 ⑤ (32) Ａ 表面の水は冷やされると軽くなり、沈しずまずに そのままの位置でさらに冷ひやされていく。 Ｂ 冷ひやされた表面の水が重くなってしずみ、下の 水が上がってきて入れかわる。 Ｃ 上がってきた水が表面で冷やされ，重くなって ふたたびしずんでいく。
①～⑥のような変化がおこったときの湖や池の水のこおり方として正しい文を下から選び、記号で答えなさ い。
