蒸気と理想気体のPV線図：化学屋の呟き：SSブログ

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水銀の毒性ｗ(￣△￣;)ｗおおっ!｜歴史の真実を知ろうｗ(￣△￣;)ｗおお.. ブログトップ

蒸気と理想気体のPV線図　[C3J-東大化学日記] [編集]

若桜鉄道保存蒸機 C12 167号機展示運行

(￣▽￣;)/ こんにちは～

このところ、雨が多いですね。雨は必要ではありますが、ジメジメと湿度が高く汗が乾かないので肌がベタベタして不快です。

さて、湿度は飽和蒸気圧に対する水蒸気の圧力の比率と考えて良いでしょう。
湿度100%ということは、空気中の水蒸気圧が飽和蒸気圧に達しているということです。
飽和蒸気圧に達しているなら、蒸発する水の量(蒸発速度)と液体になる水の量(凝縮速度)が等しくなっているんですから、汗が乾かなくても当たり前ですね。

演習問題
容器内の体積,温度および外圧を自由に変えられるピストン容器に、０℃，100atmで8.96Lの乾燥空気と1.80gの水を入れた。
[ 問]イ．温度45℃，外圧1.00atmの状態から、温度を45℃に保ちながら、容器内の体積を50.0Lまで徐々に膨張させていったとき、容器内の気体の圧力はどのように変化するか。
その概略を表すグラフを、図２にならって図示せよ。
なお、膨張開始時点や終了時点など、グラフのポイントとなる時点の体積と圧力の値を明記すること。

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さて、この問題で求めるべきなのは、

　① 1.00atm(1013hPa＝760mmHg)での容器内の体積(容積)

　② 水がちょうど全て蒸発するときの体積

　 ③ 50.0Lにおける圧力
の３点ですね。

まず、水0.100mol，乾燥空気0.400molなので、

　① 空気の圧力を求めて、状態方程式V＝nRT/Pより体積を求めます。

　　図１より水蒸気圧72mmHgと求まるので、空気の圧力は(全圧)－(水蒸気圧)より

　 760－72＝688mmHgです。これを状態方程式に代入するとV＝11.5Lとなります。

　②水が全て蒸発した時、圧力は72mmHgのままで0.100molが全て気体になっているから

　　状態方程式を使ってV＝27.5Lが求められます。このとき、空気の圧力はPV＝一定より

　　　288mmHgとなります。

　③ 気体全ての物質量0.500mol，体積50.0Lを状態方程式に代入し、198mmHgを求めます。

　　　(PV＝一定を使って求める事も可能です。)

　図のイメージが掴みにくければ、水と空気のグラフを別々に書いて足し合わせると良いでしょう。水蒸気のグラフ(下左)は、水が全て蒸発する(27.5L)までは飽和蒸気圧で、その後はPV＝一定に従います。

蒸気(その条件下で液化できる気体)と理想気体(その条件下で液化できない気体)の混合気体問題は良く出題されるので、しっかり演習しておいて下さいね。

ちなみに、液体が蒸発すると体積が1000倍以上(1mol＝18mLの水が100℃,1atmで30.6L) になるので、蒸気機関が誕生したときは、素晴らしい動力機関だったんですよね。

若桜鉄道保存蒸機 C12 167号機展示運行
ヽ(*⌒∇⌒*)ノ::・'゜☆。.::・'゜★。.::・'゜☆。蒸気汽罐車は良いですねぇ～
汽罐＝ボイラー(燃料を燃焼させて得た熱を水に伝え、水蒸気や温水に換える熱交換装置を持った熱源機器)

蒸気爆発の科学―原子力安全から火山噴火まで (ポピュラーサイエンス)

作者: 高島武雄　　　　出版社/メーカー: 裳華房
発売日: 1998/11
あまり耳慣れない蒸気爆発という現象が、結構身近に存在するらしいのです。例えば、天ぷらを揚げるとき、油鍋に水が入ると飛び散るのに、小麦粉の衣が着くと油が飛び散らない理由とか、チェルノブイリの大惨事の原因とか、海底火山の大爆発の仕組みなどは、それぞれスケールの差こそあれ本質的には蒸気爆発に伴った現象である事が述べられています。極めて専門的な話が随所にあるため、一般読者にはなかなかとっつき難い内容も確かにありますが、そこを我慢して読み進めると爆発という現象をもっと身近に感じることができるでしょう。
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大人の科学マガジン　Ｖツイン蒸気エンジン (学研ムック　大人の科学マガジンシリーズ)

出版社/メーカー: 学研教育出版

発売日: 2012/07/24
実は組み立てた当初は良く廻らなかったのですが、要所にオリーブオイルを塗布すると「壊れるんじゃないか？」というくらいの恐ろしい勢いで良く廻るようになりました。これは説明書に書いたほうが良いと思うのですが、なぜか書いてませんね。
プラスチック製ですし安価なのでいろいろと改造も楽しめます。まず第一に本品はプラスチック成形時の鋳型抜きの関係でピストンが中空になっており圧縮比が稼げませんこれをピストン内径よりやや大きく円筒形に切り抜いた発泡スチロールをピストン内に詰め込む事によりムダな蒸気を消費しないようにしましたこの改造で稼働時間、およびパワーが増したと思います。
次に本品はクランク軸にカウンターウエイトが無く、やや振動が激しいので、プラスチック製のフライホイールに穴を空けてカウンターウエイトとして金属ネジを埋め込んでみました。動が少なくなって良くなったと思います。
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蒸気機関車メカニズム図鑑
- 作者: 細川武志　　出版社/メーカー: グランプリ出版
- 発売日: 2011/06
- 幕末期に登場した海外・日本の蒸気船を黒船来航など歴史的なエピソードに沿って紹介。
  幕末期の人々は、大海原を渡って異国の船を見て何を感じたのだろうか。
  ペリー来航、薩英戦争、下関戦争、兵庫開港、箱館海戦など歴史上に登場する蒸気船の真の姿に迫る。
  【住田海事史奨励賞受賞】
1号機関車からC63まで―細密イラストで綴る日本の蒸気機関車史 (NEKO MOOK 1197)
- 作者: 片野正巳　　　　出版社/メーカー: ネコ・パブリッシング
- 発売日: 2008/09/20
- この本には副題として「細密イラストで綴る日本の蒸気機関車史」とあるように，各蒸気機関車ごとに解説文がついています。解説文だけでも新書１冊分ぐらいあるような気がするくらい充実した内容です。巻末には「動力車主要数値表」（輸送局動力調査課、昭和26年11月）がついていて，各蒸気機関車の主要諸元の比較が容易にできるようになっています。でもこれは「おまけ」ですね。とにかく綺麗なイラストが素晴らしい本です。
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  蒸気機関車の技術史 (交通ブックス)
  作者: 齋藤晃　　　　出版社/メーカー: 交通研究協会
  発売日: 2009/01
  蒸気機関車の基本的な技術やその発展、各国技術者の取り組み方やその成功と挫折、そして決定的かつ残酷とも言える、テクノロジーとして電気やディーゼルに破れていった蒸気機関車の末路についてまで、コンパクトに書ききった本です。SLが好きな人なら誰でも読んでもらいたい内容の本です。
  特に、国鉄型SLや満鉄あじあ号、弾丸列車計画に過剰なロマンを抱いてしまいがちな人には痛すぎる事実を情け容赦なく書ききるところや、新幹線計画の大ボスになったことで日本鉄道界の皇帝、神聖にして不可侵な存在になってしまった島秀雄について、少なくともSL設計者時代はたいしたこと無かったことを暴ききったところについては、作者の豪胆さというか放埓さというかを感じて痛快です。逆に言えば、その頃の技術的未熟さからよくぞ現在の技術立国ニッポンにまでなったと、拍手喝采したくなることも請け合いです。
  (Amazon書評より)