物理

気体の法則を使って計算しよう!「空気の質量」について理系ライターがわかりやすく解説

地球上にいる限り、当たり前のように存在する「空気」。目には見えず触ることも出来ないが、「空気」に重さの概念はあるのでしょうか?

空気の構成要素は、窒素が約8割、酸素が約2割、あとは二酸化炭素等が微量といった割合。窒素や酸素も質量があるのだから、それらで構成される「空気」も当然質量を持つ。

「空気の質量」は、いくつかの「気体の法則」を使って求めることができる。理系ライターのR175と一緒に解説していこう。

ライター/R175

関西のとある理系国立大出身。エンジニアの経験があり、身近な現象と理科の教科書の内容をむずびつけるのが趣味。教科書の内容をかみ砕いて説明していく。

1.空気の存在

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空気。目には見えず、触ることも出来ないが確かに「物質」として存在。「何もない」状態とは異なります。

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本当に何もない状態と空気がある状態

本当に何もない=完全真空状態です。宇宙中探し回れば、ひょっとしたら存在するかもしれません。

一方、空気がある状態=目に見えない「粒子」が無数に存在。動こうとしても然して邪魔されることもないため気になりませんが、実は常に無数の窒素や酸素に触れ続けています。

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目をつぶって水に潜ってみよう

空気があるところに居る=「何も見えないけれど、多数の粒子に囲まれている」そうは言われてもイメージしづらいもの。

実は、この「無数の粒子に囲まれている」状態は水中に居るのと同じ状態。空気に触れ居ている状態≒目をつぶって水中に居る状態。目をつぶっていれば水は見えません。持つことも出来ません。しかし、周りに何かが存在するのは確か

空気も同じで、持つことも触ることも出来せんが、確かに存在しているのです。

何かが存在している限り質量が存在するもの。

水が質量を持っているのと同じで空気も質量を持っています。

2.空気の構成

空気の成分は約8割が窒素、約2割が酸素。

ここでは空気を窒素:酸素=8:2の気体とみなしましょう。二酸化炭素等、他の気体も微量に含まれますが、質量計算への影響は少ないので無視しましょう。

仮に空気が1Lあったとしたら、0.8Lが窒素で、0.2Lが酸素。0.8Lの窒素と、0.2Lの酸素の質量を求めればそれらを合算して空気1Lの質量が求められます。

\次のページで「3.気体の質量を求める方法」を解説!/

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