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「結露」を防ぐには?対策はあるの?例題で考えよう!理科教員資格ありのライターが解説

2.結露が出来るメカニズム

結露はどうやって出来るのか?どこから水滴が登場するのか?それは空気中の水蒸気です。

2-1原因は水蒸気

水が沸騰するのは100℃ですが、100℃に到達していなくても水は少しずつ蒸発しますよね?蒸発したら気体の水、水蒸気となります。

水が気体の状態で存在できる割合は温度と圧力で決まっているもの。温度が高く圧力が低いほど気体になれる量が多く、温度が低く圧力が高いほど気体になれる量が少ないもの。

水分子は気体になろうとするのですが、周りの圧力によってそれが封じ込められるようなイメージです。温度が高いほど、水分子の運動が激しいため圧力に打ち勝って気体になりやすいわけで、液体の水が水蒸気になろうとする圧力蒸気圧と言います。

2-2水はなぜ100℃で沸騰する?

水を100℃まで加熱すると、すべての水が気体になろうとします。これが沸騰という現象ですがこれも蒸発と似たメカニズムで起こるもの。大気圧下1013hPaにて、液体の水の温度を上げていくことを考えます。温度を上げるほど水分子の熱運動が激しくなり蒸気圧が上がってい。100℃未満の時は液体の水が気体になろうとする力(蒸気圧)より、空気がそれを封じ込める力(大気圧)の方が大きいので液体のままです。一部の水分子は蒸発し水蒸気として存在できますが、水蒸気として存在出来る量には限りがあります。

しかし、やがて水の温度が100℃に到達すると蒸気圧が大気圧に追い付いてしまうつまり水が気体になろうとする力が空気が水を封じ込める力に追いついてしまい、全ての液体の水が順次気体になってしまう。これが100℃で沸騰する理由です。

2-3結露の発生原因

2-3結露の発生原因

image by Study-Z編集部

前述の通り、圧力が同じ(大気圧)であれば温度が高くなるほど気体として存在できる水の量が増えま。温度によって、水蒸気存在出来る最大量が決まっていてこれが飽和水蒸気量です。湿度とは飽和水蒸気量に対して何%の水蒸気が存在しているかを示すもの。水蒸気が全く存在していなければ湿度0%、飽和水蒸気量の半分なら湿度50%といった具合で、同じ水蒸気量であっても気温が変われば湿度も変わり、気温が低いほど分母の飽和水蒸気量が小さくなるため湿度は高くなるのです。

 

20℃の時の飽和水蒸気量は17.2g/m3、5℃の時の飽和水蒸気量は6.8g/m3ですが、仮に空気中の水蒸気量が6g/m3として、気温20℃では湿度は6/÷17.2=35%ですが5℃になると88%に上がります。

2-4湿度100%を超えたら結露

温度の高い空気にたくさんの水蒸気を含ませて、冷やすとどうなるか?冷えてしまうと、気体として存在出来る水の量が少なくなる。すると飽和水蒸気量より多い分はあふれてしまい水蒸気として存在出来ずに液体の水として現れ、これが結露の正体です。

 

冬場窓ガラスは外の空気に触れているため冷たい部屋の中の空気は暖かく、水蒸気がたくさん存在します。その暖かい空気が冷たい窓ガラスで冷やされると余った分の水蒸気が出てきて窓ガラスに付着するわけです。
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結露は温度を下げて飽和水蒸気量が小さくなった時に出てくる空気中にある水蒸気だが、そもそも空気中の水蒸気量を減らせば温度を下げても結露が発生することはない。どこまで除湿すればいいのか。例題を通してみてみよう。

3.除湿による結露対策

結露は放置すると建材を傷めたり、カビやダニの発生原因となり対策が必要です。そもそも、水蒸気量が少なければ空気が冷やされても飽和水蒸気量から溢れることなく、よって結露も発生しません。では、どこまで除湿をすればいいのでしょうか?ここからは例題でみていきましょう。
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