【家庭でできる実験】圧力差による水位上昇実験

【家庭でできる実験】圧力差による水位上昇実験

■概要

水を入れた皿の上にろうそくを置いて火をつけ、逆さにしたコップで覆うと、水位が上昇する。この記事では、この古典的な実験のメカニズムを説明する。

実際の気体についてもざっくりと想定できる関係として、理想気体の圧力$p$が、気体の密度$n$と温度$T$の積$$p=nT$$となることを知っていると理解しやすいだろう（Boltzmann定数$k_B$は$1$とした）。

■実験のプロセス

• ろうそくに火をつける。
• 熱せられた空気が上昇する。
• コップをかぶせる間に、気体の一部が周辺から逃げ出し、密度が下がる。
• コップをかぶせることで、ろうそく周りの空気が閉じ込められる。
• ろうそくが消えると、コップ内の空気の温度が下がりだす。
• 空気の一部が水蒸気になることと、温度の低下によりコップ内部の気圧が下がる。
• 結果、コップの外より内の方が圧力が低くなり、水が吸い上げられる。

これも、100均の商品などで簡単に準備ができる実験なので、興味がある人は自分で試してみるといいかもしれない。