質問: 空気と、温度の関係。 空気は、なぜ、暖まると、上にいくのでしょうか? たぶん、酸素分子の空気中の密度が、温度でかわるのでしょうが、、なぜですか? 詳しくご存知の方がおられましたら、教えてください。 よろしく願います。
回答: no.1さんのとおり、温度が高くなると、空気を構成する分子(酸素、窒素、水素、気体なら何でも)の運動が活発になり、面を押す力すなわち圧力が高くなります。 ただし、空気(大気)の圧力は1気圧ですので、その分体積を増やすことで1気圧に釣り合うようになります。つまり、暖まった空気は体積が増えます。ということは、体積当たりの重さ=比重が軽くなります(密度が小さくなるといっても同じです)。ということで、周囲の温度の低い重い空気より軽くなった空気は上に昇って行くわけです。 上に書いた気体の温度、圧力、体積の関係は、「ボイル・シャルルの法則」と呼ばれます。「気体の体積vは圧力pに反比例し絶対温度tに比例する」というものです。 空気は大気開放なので、圧力が1気圧で一定です(暖まった空気も、周囲の冷たい空気も1気圧)。ということで「空気の体積vは絶対温度tに比例する」わけです。