平成28年度　　　第7回　 竜之口サイエンスラボ

空気は温めると軽くなるか? 〜空中に浮かぶ熱気球の秘密〜

平成28年12月27日　竜之口小学校体育館

指導　　和田

気体は温度が1度変わるごとに約（1/273)だけ体積が変化する。同じ質量の気体がおんどが高くなると体積は膨張する。気体の体積が膨張すると、同じ体積の気体の質量は軽くなる。気体の中でも水中と同じようにいおしのけた気体の量に対して周りの気体の浮力が働く。袋と暖かい気体の質量と、押しのけた気体の質量とで、質量の差があれば軽いほうに浮力として力が働く。 　さて実験は、薄い１メートル幅のビニールシートを２メートルくらいの長さに切り熱圧着して円筒状の筒の袋をつくり、ドライヤーで空気を入れると袋の重さを考えても、周りの空気より軽いので袋は浮き上がってゆく。これはビニールの袋が押しのけた質量とビニール風船の質量の差だけに関係する力が風船に働く。ビニールの質量を含めても空気が軽くなっているとき風船は浮き上がる。温めた空気はある程度というか相当に軽くなっている。しかし熱気球みたいに熱を供給し続けないと浮き上がった状態は長く続かない。気体分子は相当の速さで分子運動をして飛び回っているし、熱伝導で回りに熱が逃げるしで、袋の中が温度の高い状態では保たれないので、気球は割と早く落ちてしまう。 　当日はサポータが少なく写真も撮れなかったので、雨の日に新聞を包んでいる袋くらいの薄いビニールでは、ファンヒータの熱風をビニールの袋の中に入れると、ビニール袋はどうにか上がりますすぐに熱は逃げるというか発散するのですぐに落ちてくる。落ちたところの写真ですが参考に載せておきます。（熱とはエネルギーが移動する状態を表す言葉なのですが、内部エネルギーとはあまり言わないので熱と言っておきます）。 　熱気球は気球の下でガスを燃やし暖かい空気を常に供給しているので気球の中の空気の質量と風船などの装置の重さを加えても風船が軽いので空中に浮いています。