物の状態

一般小学生

まとめ

【定義】
物質が温度などの熱的条件によって、固体、液体、気体のいずれかの相をとっている様子のこと。状態変化に伴い物質の体積は増減するが、物質そのものの質量は変化しない。

まとめ

物質は熱を吸収または放出することで、固体・液体・気体と姿を変える。一般に気体の体積は液体や固体に比べて非常に大きく、状態が変わる際には体積が膨張または収縮する。特に水は、液体から固体(氷)に変わる際に体積が増加するという特異な性質を持つ。

解説

物質の状態は、熱エネルギーの出入りによって変化する。これを利用した身近な例がエアコンである。

1. エアコンの冷媒と熱の移動:
エアコンは、室内機と室外機の間を「冷媒」という物質が循環することで熱を運ぶ。室内機では、液体状の冷媒が蒸発して気体になる際、周囲の空気から熱を奪う(気化熱)。これにより室内の温度が下がる。運ばれた熱は、室外機で冷媒が再び液体に戻る際に屋外へと放出される。

2. 冷却による状態変化と体積:
氷と食塩を3:1の割合で混ぜた「寒剤」を使用すると、約マイナス20度まで温度を下げることができる。この中に水を入れた試験管を浸すと、水は凝固して氷(固体)になる。この際、水分子の並び方の変化によって、液体の時よりも体積が増加し、水位が上昇する。

3. 加熱による状態変化と体積:
試験管の水を熱して沸騰させ、発生した水蒸気をポリエチレンの袋に集めると、袋は大きく膨らむ。これは、液体が気体に変化する際に、分子間の距離が急激に広がり、体積が劇的に増加するためである(水の場合、水蒸気になると体積は約1700倍になる)。

小学生のみなさんへ

物のすがたには「固体(こたい)」「液体(えきたい)」「気体(きたい)」の3つの状態があります。たとえば、水はこおると氷(固体)になり、熱すると水じょう気(気体)になります。水がこおりになると体積(かさ)が少しふえますが、水が水じょう気になると体積はとても大きくなります。エアコンは、液体が気体にかわるときに熱をうばう「気化熱(きかねつ)」の仕組みを使って、部屋をすずしくしているのです。

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