中2理科「雲のでき方の実験」

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中2理科の「雲のでき方」についてまとめています。雲といえば、フラスコとピストンを使った実験のほか、「雲のでき方」についての説明についてもたびたび出題されます。しっかり学習していきましょう。それでは、中2理科の「雲のでき方」のまとめです。

雲のでき方

大気中に、直径0.01~0.07mmくらいの水滴や氷晶がうかんだものを雲といい、雲は上昇気流のあるところにできます。雲をつくる水滴や氷晶が、大気中にうかぶのは、これらの雲粒が非常に小さいために、落下速度が小さい上に、雲は上昇気流の中にできるためです。

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上昇する大気の冷却

空気が上昇しはじめると、上空にいくほど気圧が低くなるために空気は膨張します。このとき、上昇する空気のかたまりと、周囲の空気との
間には、ほとんど熱の出入りがないため、断熱膨張が行われます。このため、空気は100m上昇するごとに、約1°Cずつ温度が下がっていきます。上昇する空気の温度が、その空気の露点に達すると水蒸気の凝結がはじまり、雲ができます。

凝結がはじまると、熱を放出するため、温度の下がる割合は断熱膨張するときより小さくなり、100m上昇するごとに約0.5°Cずつ温度が下がる。上昇する空気の温度が周囲の大気の温度と等しくなると、空気の上昇はやみます。

凝結高度

上昇する空気が、断熱膨張で冷やされ、露点に達する高さを凝結高度といいます。いいかえれば、雲底の高さが、そのときの凝結高度で、湿度の高い空気ほど凝結高度は低い。

雲の厚さ

雲底から雲頂までの距離を雲の厚さといい、凝結高度と、上昇気流が周囲の大気と同じ温度になったために 上昇がやんだときの高度との差になります。

フラスコ実験

<手順>

  1. 装置をつくり、ピストンをすばやく引き、フラスコの中のゴム風船のようすや温度の変化を観察します。
  2. フラスコの中の少量の水をぬらした後、線香の煙を入れ、ピストンを引いた入り、おしたりしてフラスコの中のようすを観察します。

<結果>

  • ピストンを引くと、ゴム風船はふくらみ、温度が下がる。
  • ピストンを引くと、温度が下がって、フラスコ内の白くくもる。
  • ピストンをおすと、温度が上がって、フラスコ内の白いくもりが消える。

<考察>

  • 気圧が低くなると、空気が膨張して、温度が下がる。
  • 空気が膨張するとき、フラスコ内の空気が露点以下になち、水蒸気が水滴になって白くくもる。
  • 気圧が高くなると、空気がおし縮められて温度が上がって、水蒸気にもどり見えなくなる。

降水

大気中の水蒸気が凝結、あるいは昇華してできた雲粒が大きくなって、空気中にうかんでいることができなくなって落下し、地表面に達したものを降水という。降水には、 雨・雪・みぞれ・あられ・ひょうなどがある。

雲粒は、直径0.01~0.07mmくらいの水滴や氷晶からできているが、雲粒をつくっている水滴や水晶がだんだん大きくなり、落下して水滴となったものを雨という。雨粒には、いろいろな大きさのものがあり、霧雨の場合には直径が0.02~0.1mmくらい。ふつうの雨の場合には直径1 mmくらいの雨粒が多く、雷雨の場合には直径5~6mmという大きなものもある。

雲のようすと雨

雨は、乱層雲や積乱雲のような厚い雲から降る。これは、雲粒が十分な大きさの雨粒に成長するためには、ある程度以上の雲の厚さが必要なためである。積乱雲のような、はげしい上昇気流のあるところにできる雨粒は大きく、はげしい雨が断続的に降る。乱層雲のような層状の雲から降る雨粒はあまり大きくなく、おだやかな 雨がたえ間なく降り続く。

雨の降る理由

ふつうの雨粒の直径は、雲粒の直径の約100倍であるから、1つの雨粒は、雲粒が約100万個集まってできた大きさである。雲粒が大きな雨粒に成長する理由としては、つぎの2つがある。

熱帯地方の雨

0°Cより温度の高い雲から降る雨は、雲粒の中に海水のしぶきが蒸発してできた塩などの大きな疑結核を中心とした大きな水滴があり、これが落下の途中で、非常に密度が高く分布しているほかの雲粒がとつぎつぎに衝突して大きく成長し、雨粒となる。

温帯地方の雨

上層部の氷晶粒が落下して、0°C以下の水滴(過冷却の水滴という中にはいると、水晶粒にまわりの水滴から蒸発した水蒸気が昇華してつき、氷晶粒はだんだん大きくなっていく。これが、0°C以上になるととけて、雨粒となる。

過冷却

0°C以下の水滴を過冷却の水滴という。大気中では、雲粒は静かに冷やされるので、-20°Cくらいまではこおらず、水滴のままでいることが多い。同じ温度(0°C以下)の氷と水があると、水は蒸発して水の表面に昇華してつく。たとえば、電気冷蔵庫の中の食品が水分を失い、霜がふえていくのはこのためである。

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