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体積

一般小学生

まとめ

体積
物質や物体が空間の中で占めている大きさ

解説

体積は、ある物質がどれだけの空間を占有しているかを示す物理量です。物質の体積は温度圧力、および状態(固体液体気体)の変化によって増減します。一般に物質は温度が上がると熱膨張によって体積が増し、温度が下がると収縮します。特に気体は温度変化の影響を顕著に受け、0℃のときの体積を基準にすると、温度が1℃上がるごとに体積が273分の1ずつ増加するという性質があります。例えば、546cm3の空気が27℃上昇した場合、増加量は54cm3となり、全体の体積は600cm3に達します。

また、化学反応において発生する気体の体積を測定することは、反応の進行度を把握する上で重要です。過酸化水素水触媒二酸化マンガンを加える実験では、発生する酸素の体積は反応物である過酸化水素水の量に比例しますが、触媒の量を増やしても最終的な酸素の総体積は変化しません。物質の状態変化においては、多くの物質が液体から固体になるときに体積を減少させるのに対し、水は例外的に氷になると体積が増加するという特異な性質を持ちます。この現象は、水分子が水素結合によって隙間の多い結晶構造を作るために起こります。

コラム

アルキメデスの原理によれば、水中にある物体には、その物体が押しのけた水の体積に比例した浮力はたらきます。また、溶液の調製において、100cm3の水に食塩を溶かすと、質量は保存されますが体積はわずかに変化し、結果として密度(約1.07g/cm3から1.12g/cm3)や濃度が決定されます。金属の熱膨張率の差を利用した「バイメタル」は、加熱時に膨張率の小さい方へ曲がる性質を利用して温度調節スイッチなどに用いられます。日常生活では、冬場に水道管内の水が凍結して体積が増え、管が破裂するのを防ぐために少量の水を流し続けるといった知恵も見られます。

小学生のみなさんへ

体積(たいせき)とは、ものがどれくらいの「かさ(大きさ)」をもっているかを表す言葉です。算数でハコの中身の大きさを計算したり、理科で水の量をはかったりするときに使います。

ほとんどのものは、温めるとふくらんで体積が大きくなり、冷やすと縮んで小さくなります。例えば、空気を入れた袋を温めるとパンパンにふくらむのは、中の空気の体積が大きくなったからです。また、金属の玉を火で熱すると、ほんの少しだけ大きくなって、さっきまで通っていた輪(わ)を通らなくなることがあります。これも熱によって体積が増えたためです。

でも、水だけは少し変わった性質をもっています。ふつうのものは液体から固体になるときに小さくなりますが、水は氷になるときに体積が大きくなってふくらみます。冬の寒い夜に、水道管の中の水が凍って管が破裂はれつしてしまうことがあるのは、氷になって体積が増えたからなのです。

ルラスタコラム

氷と塩を3対1の割合で混ぜると、マイナス20度くらいのとても冷たい「寒剤かんざい」を作ることができます。これを使って水を凍らせる実験をすると、凍る前よりも体積が増えて、水面が盛り上がる様子を観察できます。また、水を熱して沸騰ふっとうさせると水蒸気になり、体積は約1700倍にも広がりますよ!

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 物質や物体が空間の中で占めている大きさのことを何といいますか。
体積
【応用】 多くの物質は液体から固体になると体積が減少しますが、水が氷になる場合はどのような変化が起こりますか。
多くの物質は液体から固体になると体積が減少しますが、水が氷になる場合は例外的に体積が増加します。これは水分子が水素結合によって、隙間の多い結晶構造を作るためです。この性質により、氷は水に浮き、凍結した水道管が破裂する原因にもなります。
【実践】 空気が0℃のときの体積を基準として、温度が1℃上がるごとに体積が273分の1ずつ増える性質を利用し、546cm3の空気が27℃になったときの「全体の体積」を求めなさい。
600cm3(空気は1℃につき0℃のときの273分の1ずつ増えるため、増加量は546÷273×27=54cm3となります。したがって、全体の体積は546+54=600cm3となります)

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