質問: お風呂の中に普通にふくらませた風船をいれていると、いつのまにか、パンパ お風呂の中に普通にふくらませた風船をいれていると、いつのまにか、パンパンに膨らんでいます。 なぜでしょうか?また、パンパンに膨らませた状態でいれると、破裂するのでしょうか? 子供の自由研究にしようと思っています。分かりやすい言葉でお願いします。
回答: 水蒸気は風船を貫通するが、空気は風船を貫通しないからでしょう。 風船の中から押す力と、風船の外から押す力が均衡したところで風船の大きさが決まります。 風呂場の外で膨らませた風船の内部には水蒸気はあまりない(=無としましょう)。 風呂場の中は水蒸気に満ちているものとします。 風船を風呂場に持ち込むと、風船の内外で水蒸気圧が異なるので、風呂場の水蒸気が風船に侵入しようとします。 水蒸気は風船のゴムの分子的隙間よりも小さいので、水蒸気が風船の中に浸透して風呂場と同じ水蒸気圧になろうとします(エントロピー増大の法則)。 一方、風船の内外にある空気はゴムの分子的間隔より大きいので、空気の移動は起こりません。 風呂場に持ち込まれた風船には入るもの(=水蒸気)があり、出るもの(=空気)が無いので膨らみます。 ちなみに水蒸気はh2oの分子で、大きさは0.04ミクロンという小さなもの。 ゴム以外にも色々な物を通過できます。 例えば木の柱、土の壁など、伝統的な日本建築に使われている材料を楽々と通過できるので、日本家屋が湿度の高い日本の気候で快適なんですね。