少量の水を入れたアルミニウムの空き缶を加熱し、口から水蒸気がさかんに出てきたとこ…
少量の水を入れたアルミニウムの空き缶を加熱し、口から水蒸気がさかんに出てきたところで火を止め、すぐに口をゴム栓でふさいで水をかけて冷やしたところ、缶が大きくつぶれた。この理由として最も適切なものはどれか。
- ⑴ 中の空気が冷やされて体積が変わらないまま、圧力だけが大きくなったため内側の圧力が大きくなると、缶はふくらむ方向に力を受けます。
- ⑵ 缶の金属が冷やされて縮み、その縮む力によって缶の形が変わったため金属の縮みだけでは、これほど大きくつぶれることはありません。
- ⑶ 缶の外側にふれた水が缶の表面をおし、大気圧よりも強い力ではたらいたためかけた水の重さは、大気圧に比べてごくわずかです。
- ⑷ 中の水蒸気が急に冷えてかたまり、缶の内側から強く引っぱる力がはたらいたため水蒸気が冷えてできるのは液体の水で、引っぱる力は生じません。
- ⑸ 中の水蒸気が水にもどって缶の内側の圧力が下がり、外からの大気圧におされたため内側の圧力が下がると、外からの大気圧のほうが大きくなります。
- ⑹ 中の水蒸気が缶の外へもれ出て、そのとき缶の壁を外向きに引っぱったためゴム栓でふさいだので、気体は外へもれ出ていません。
解説
正解は⑸です。加熱によって缶の中は水蒸気で満たされ、もとの空気は追い出されています。ここで口をふさいで冷やすと、内部の水蒸気が水にもどります。水蒸気が水になると体積は非常に小さくなるので、缶の内側の圧力が大きく下がります。その結果、外側からはたらく大気圧のほうが大きくなり、缶はその差の分だけおされてつぶれます。大気圧が非常に大きな力であることが分かる実験です。
AIが生成したオリジナル問題です。実際の試験問題ではありません。