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ボイル・シャルルの法則と水蒸気

気体の体積膨張と収縮はボイル・シャルルの法則として纏められている。温度と圧力と体積の関係が分かり易い数式で表現されている。筆者にも感覚的に理解し易く、受け入れやすい式である。しかし少し詳しい説明になると、気体定数やアボガドロ定数との関係で解説されるが、その高等理論(特に気体分子運動論)を理解するには能力的に困難が伴う。地球気温の異常さを感じ、豪雨水害の悲惨な生活破壊の多さを見るにつけ、空気と言う気体の中味をどう解釈すれば市民的科学テラシーの常識を持つと言えるのだろうか。酸素O2と水素H2と窒素N2と水H2O(水蒸気)の温度特性に違いが有るからじゃないかと考えるが、それらの個別の気体分析は検索に出て来ない。みんなアボガドロ定数の御蔭で教育されているからか、何処にも違いは見えない。空気中の水蒸気含有率(質量)の温度依存特性でも調べられて居れば分かるのだが、こんな時代だからデーターが有ればと思う。空気中の水蒸気含有率は素人解釈ながら、地球表面に於ける太陽光線の『レンズ収束効果』による気温上昇への拍車をかけないかと気掛かりなことでもある。地球上が水蒸気でその温度特性に翻弄されているような気分だ。産業革命の元になった蒸気機関は水分子の特性を際立てた主役である。現代の原子力発電等の汽力発電所は水分子H2Oの独壇場だ。その力強さは湯灌で水を沸かすと、底から沸騰と言う自然現象で水分子が膨張する様子に見られるが、それも他の気体分子と同じ現象で理解すべき事だろうか?酸素と水素原子が結合した分子H2Oと言うが、とても不思議なことと感じる。ペットボトルの空気(水蒸気)収縮 お茶の飲み残しのボトルを冷蔵庫に入れた置いたら冷やされて細くくびれていた。改めて30数度のお湯をボトルに入れ、冷凍庫に入れて見た。冷やされて氷が出来て、写真のように体積収縮で括(クビ)れてしまった。上空に寒気が張りだし、空気の水蒸気が体積収縮を起こし、上空の低気圧に因る地上の水蒸気を含む空気が急上昇し、竜巻になったり、冷やされた水蒸気が雹になる現象の意味が良く理解できると思った。酸素分子も同じような現象を起こすのだろうかとアボガドロ定数に関する気体論とボイル・シャルルの法則を考えた。気体分子運動論が現代物理学の標準理論になっているようだ。その理論には質量がエネルギー解釈の基本条件になっているから、その理論による水分子H2Oの質量の運動エネルギーで解釈すると成ると、ボイル・シャルルの法則以上に理解不能の筆者だ。以前『温度とは何か』が問うもの でも考えた。

竜巻

今年の夏も竜巻が発生した。予防対策の施しようがない。限られた範囲を通過する。その範囲に入ると、全てが持ち去られ、破壊されてしまう。日本古来の木造建築一般住宅の生活様式が、その竜巻には全く無力である。建造物を浮き上がらせる空気の浮力のように思える。竜巻は台風と同じく、右巻きの上昇気流である。範囲は極めて限られた範囲で、筒状の高速回転気流のようである。そんな気象現象には対策の施しようがない。恐ろしい限りだ。その恐ろしさを描いてみた。竜巻

瓦が舞いあがり、自動車が10メートルも吹き飛ばされる。こんな気象現象は、日本の風土には馴染みがなかった気象だ。根こそぎ持ち上げるから対応できない。逃げようがない。そんな様子を筆字に描いた。

竜巻の原因 局部的な地上の高気温で、上空に冷気が流れ込む現象が基である。高気温は基本的に水蒸気を多量に含む。上空の冷気の流れ込みで、上空の水蒸気が冷却される。水蒸気は空気の他の元素と比べれば、特筆すべき特質を秘めている。冷やされると、急激に気体から液体に急変する。それはボイル・シャルルの法則通り、上空の急激な圧力低下を来たす。地上と上空の気温分布差が、空気の水蒸気分に基づく体積分布の差がそのまま圧力・気圧差となり、上空の低気圧空間に地上からの高気圧気流の吸い込み現象が生じるのである。水蒸気の空気含有量が上空の冷気冷却で、上空と地上間に急激な圧力差を生み出すことが原因である。気温と水蒸気および冷気の相互関係が基本原因である。渦潮も海流の流れで、海底に吸い込み現象が生じるから起こるのである。原因は圧力差という点で、力学的には同じものである。蒸気タービン運転機能で、復水器による真空冷却に似た自然現象である。水の蒸発現象(100度で蒸発、沸騰する)を、理科教育で取上げているような内容じゃ、生活に溶け込んだ自然現象(1度でも蒸発している。海水温24度でどれほど蒸発するか)の理解には成るまい。自然科学は生活科学でなければ成らず、学校の理科教育の無能力さを知る事から始めなければならない。文科省の存在意義も問われる事である。

北半球では、右回りの竜巻に成る。偏西風と地球自転、地球の球形が基である。

高密度都市化、地球過熱化の経済成長路線が世界的規模での異常気象の根本的原因である。エネルギー多消費社会を目指す限りは避けられない現実である。地球星から宇宙空間にどれ程のエネルギー(熱量)を放散できるかである。水蒸気放散(地球水放散)、光放散と考えても余り冷却効果は期待出来まい。原子力発電が、地球温暖化抑制に成る等という迷走科学論が蔓延る限りは、人類の未来は自然破壊驚異の前に、驕りの結果への洗礼を受けよう。合掌。