液体の膨張と圧縮とは?温度によって液体の体積が変化する仕組みを図解!

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    さてあなたは液体の膨張と圧縮についてご存知でしょうか。

     

    液体は温度が変化するとそれに伴って体積も変化するのですが、
    理解せずにただ暗記しているだけではすぐに忘れてしまいますよね。

     

    そこでこのページでは液体の膨張と圧縮とは何か?
    また温度によって液体の体積が変化する仕組みを図で解説します。

     

    どうぞご覧ください。

     

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    1.液体の膨張と圧縮とは?

    では液体の膨張と圧縮とは何かを見ていきましょう。

     

    さっそくですが、液体の膨張とは液体の温度が上がることで体積が大きくなることで、
    液体の圧縮とは液体の温度が下がることで体積が小さくなることを言います

     

     

    温度によって体積が変化(膨張・圧縮)するのは液体だけでなく、他の状態である気体や固体でも同じことが言えます。

     

    ただ温度によって体積が変化する程度にはその状態(気体・液体・固体)で差があり、
    体積変化(膨張・圧縮)が小さい順番に並べると”固体 < 液体 < 気体”のようになります

     

    つまり温度変化によって最も体積が変化しやすい状態は”気体”ということです。

     

     

    また液体(気体・固体も)は温度変化によって体積が変化したとしても、その液体の質量は変わりません。

     

    質量が変わらずに体積だけが変化するため、”質量÷体積”で算出される密度が変化します。

     

    例えば冷たい水が重くなって、暖かい水が軽くなるというのは、
    水の温度が変化したことによってその水の密度も変化するから起こることなんですね。

     

    温度によって水の重さが変化する詳しい仕組みは下記をご覧ください。

     

    次の章でなぜ温度によって液体の膨張・圧縮が起こるのかを簡単に解説していきます。

     

    2.温度によって液体の体積が変化する仕組みについて

    結論から言ってしまうと温度によって液体の体積が変化するのは、
    液体の分子運動の激しさが変わることで、その分子の移動する範囲も変わるからです。

     

    まずどんな物質でも分子と呼ばれる小さな粒が集まって構成されていて、
    水であれば下のように水分子と呼ばれる小さな粒が集まって構成されています。

     

     

    ではこのことを踏まえたうえで、
    温度によって液体の体積が変化する仕組みを順番に解説していきます。

     

    (1)温度によって分子の運動の激しさが変化する

    液体はその液体分子が集まることで構成されていますが、その液体分子は常に動き回っています。

     

    そして液体分子の動きの激しさでその液体の温度が決まっており、
    液体分子の運動が激しければ温度が高く、液体分子の運動が穏やかであれば温度は低くなります

     

     

    その液体が水であれば上図のようになります。

     

    ですので液体の温度が上がるということは液体分子の動きが激しく、
    反対に液体の温度が下がるということは液体分子の動きが穏やかだということになります。

     

    厳密に言えば物質の温度というのは、その物質を構成する分子運動によって決まるものなので注意してください
    (このページでは関係なく記していますが特に気にしないでください)

     

    これは気体や固体の物質にも共通することなので、ぜひ覚えておいてください。

     

    (2)分子の運動の激しさで動く範囲(体積)が変化する

    液体の温度が上がれば分子の運動が激しくなり、
    反対に液体の温度が下がれば分子の運動が穏やかになります。

     

    そしてその液体の分子運動の激しさが変化することで、
    その分子が移動できる範囲も変わります

     

     

    液体の温度が上がることで液体分子の動きが激しくなれば、
    エネルギーが大きくなるのでより広範囲に移動できるようになります

     

    反対に液体の温度が下がることで液体分子の動きが穏やかになれば、
    エネルギーが小さくなるので動ける範囲は狭くなります。

     

    つまりこれが液体の温度が上がれば体積が大きく(膨張)なり、
    液体の温度が下がれば体積は小さく(圧縮)なるということです。

     

     

    ちなみに日常的に見かけることも多い液体温度計なんかは、
    液体の温度によって体積が変化する性質を利用して作られています。

     

    以上が「液体の膨張と圧縮とは?温度によって液体の体積が変化する仕組みを図解!」でした。

     

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    3.まとめ

    これまで説明したことをまとめますと、

    • 液体の膨張とは、液体の温度が上がることで体積が大きくなること。
    • 液体の圧縮とは、液体の温度が下がることで体積が小さくなること。
    • 温度によって液体の体積が変化するのは、液体の分子運動の激しさが変わることで、その分子の移動できる範囲も変わるから。

     

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