質問: 空気 断熱膨張 空気が上昇したときに断熱膨張して温度が下がった後に周りの空気と温度は同じに ならないんですか?空気が上昇したときはかならず断熱膨張をして温度がさがるんですか?気圧が低くて温度が下がることはないんですか?
回答: 前半の質問, >空気が上昇したときに断熱膨張して温度が下がった後に周りの空気と温度は同じにならないんですか? についてはno.1さんがお答えですので,後半だけ。 >空気が上昇したときはかならず断熱膨張をして温度がさがるんですか?気圧が低くて温度が下がることはないんですか? これは同じことですよ。理屈で考えればすぐ分かります。 上空は気圧が低いから,上昇した空気は膨張します。 ところで,気体が膨張するのにはエネルギー(熱)が必要です。 もし,外部から熱を与えれば(たとえば熱気球のように),その空気は膨張します。 ところが,上昇した空気塊は大きいので,まわりと熱をやりとりするヒマがなく,そのため,外部からのエネルギーをもらうことができません。 (まわりと熱のやりとりをしないで膨張するから,「断熱膨張」と呼ぶわけです) それならば膨張しなければいいじゃないかと思うかも知れないが,一度上昇した空気は,容器に閉じこめているわけではありませんから,いやでも膨張するしかないのです。 そして,その際にエネルギーが必要だというのも,これまた物理の(大自然の)法則です。 では,上昇した空気はどうするかというと,仕方がないから自分が持っている熱エネルギーを使います。その結果,温度が下がるわけです。 というわけで,「必ず断熱膨張をして温度が下がる」のですが,その原因は「上空の気圧が低い」からです。