「湿度80％の空気と、50％の空気。水蒸気が多いのはどちら？」
80％の方、と答える前に、一つ確かめたい条件があります。
気温は同じでしょうか。
湿度は水蒸気の重さそのものではありません。その気温での飽和水蒸気量に対して、実際の水蒸気量が何％あるかを表します。
何を100％にしているのか
ここでは、空気1m³に含まれる水蒸気の量で比べます。
湿度を求める式は、実際の水蒸気量÷その気温での飽和水蒸気量×100です。
飽和水蒸気量は、気温が高いほど大きくなります。
つまり、気温が違えば、100％に当たる量も違います。割合の数字だけを比べても、実際の量の大小は決まりません。
低い湿度の方が、水蒸気は多いこともある
計算用に、次の値が問題で与えられたとします。どちらも空気1m³についての量です。
| 空気 | 気温 | 飽和水蒸気量 | 湿度 |
|---|---|---|---|
| A | 10℃ | 9.4g | 80％ |
| B | 30℃ | 30.4g | 50％ |
Aの水蒸気量は、9.4×0.8＝7.52g。
Bの水蒸気量は、30.4×0.5＝15.2g。
水蒸気が多いのはBです。湿度は50％でも、実際の水蒸気量はAより多くなっています。
「80の方が50より大きい」は正しい。でも、比べたいのは湿度の数字なのか、水蒸気の重さなのか。そこを分けてください。
同じ気温なら、割合で比べられる
同じ気温の空気を、同じ体積で比べるならどうでしょうか。
この場合は、基準となる飽和水蒸気量が同じです。湿度が高い方が、その体積に含まれる水蒸気量も多くなります。
「湿度では比べられない」と覚え直す必要はありません。
気温が同じか、違うか。比較する条件を確かめればよいのです。
100％は、空気の全部が水という意味ではない
湿度100％の空気にも、窒素や酸素などが含まれています。
100％というのは、その気温での飽和水蒸気量に達しているという意味です。空気の成分がすべて水蒸気になった、という意味ではありません。
割合が出てきたら、何を100％にしているのかを確認しましょう。湿度でも、食塩水の濃度でも、この読み方は変わりません。
最後に、一問だけ
「二つの場所の湿度がどちらも60％なので、空気1m³に含まれる水蒸気量も同じである」
この説明で、確かめたい条件は何でしょうか。
気温です。
気温が違えば、基準となる飽和水蒸気量が違います。同じ60％でも、同じ重さとは限りません。
割合を見たら、まず基準を見る。湿度の問題では、その基準を決める気温も一緒に読みましょう。
参考資料
編集補足：湿度の計算では、基準と体積を二つともそろえる
ここからは、割合を読み違えやすい場面を扱う自作例題です。温度と飽和水蒸気量の対応は、問題で与えられた表を使います。暗記した数値へ置き換えるのではなく、資料の単位が「空気1m³当たり」なのかを確認してください。
湿度を比べるときの「量」は、何を指すのでしょうか。ある体積の空気に含まれる水蒸気全体の質量と、1m³当たりの水蒸気量は別です。温度をそろえたうえで、体積まで同じなのかを見ると、割合の比較と全体量の比較を整理できます。
湿度が上がった原因を、水蒸気が増えたことに限定しない
湿度が朝より夕方に高くなった。ここから『水蒸気が増えた』と答える前に、気温の欄も見ます。湿度は、実際に含まれる量を、その温度での飽和水蒸気量と比べた割合です。分子が変わらなくても、分母が小さくなれば割合は上がります。
学習用に体積を一定とするモデルで、1m³当たりの水蒸気がずっと8g、飽和水蒸気量が20gから10gになった場合を考えます。湿度は40％から80％へ上がりますが、水蒸気は一度も増やしていません。二倍になったのは割合です。この条件では最後も飽和に達していないので、水滴が生じたと付け足すこともできません。
ノートでは『実際の量8g→8g』『飽和量20g→10g』『湿度40％→80％』の三行に分けて書くと、変化したものが見えます。湿度の折れ線だけを眺めるより、原因の候補を絞りやすくなります。実際の屋外では空気の移動や水の蒸発もあるため、この模型と同じ原因だと決めず、与えられた条件の中で説明します。
例題1：湿度が同じでも、部屋全体の量は違う
Aには空気が2m³、Bには空気が5m³あります。どちらも同じ温度、湿度60％です。この温度での飽和水蒸気量を空気1m³当たり20gとする資料が与えられました。AとBに含まれる水蒸気全体の質量を求めてください。
Aは24g、Bは60gです。 まず1m³当たりの実際の量は20×0.6＝12gです。Aでは12×2＝24g、Bでは12×5＝60gとなります。同じ湿度・同じ温度なので、単位体積当たりの量は同じですが、全体の体積が違います。
20×2×0.6としても計算はできます。ただ、式が何を表すか説明できるように、先に1m³分を求めると見通しが立ちます。「湿度が同じだから水蒸気の量も同じ」という説明には、比較する空気の体積も同じという条件が必要です。
この例題の20gは計算のために与えた値です。実際の教室の水蒸気量を求める場面では、そのときの温度に対応した値や部屋の体積が必要で、この数字をそのまま使うものではありません。
例題2：冷やしたら、何gが液体になる？
体積を1m³に保って考える単純化したモデルです。初めに水蒸気が12gあり、冷却後の温度では飽和水蒸気量が1m³当たり9gになりました。外との水の出入りはなく、余分な水蒸気が水滴になって平衡に達するとします。水滴になった水は何gで、残る水蒸気は何gですか。
水滴は3g、残る水蒸気は9gです。 冷却後に水蒸気として存在できる量との差を取り、12−9＝3gを求めます。12g全部が水滴になるのでも、9gが水滴になるのでもありません。12gを「気体の9g」と「液体の3g」へ分けた図を描いて確かめます。
12÷9×100で133％余りとしたまま答えを終えてはいけません。ここでは余分が凝結し、平衡に達するという条件があります。冷却後の水蒸気は飽和した状態です。水滴が生じたことと、水蒸気が一切なくなることは同じではありません。
気体から液体へ移った分を、消失と書かない
水蒸気だけに注目すると12gから9gへ減っています。一方、水滴も含めた水全体では12gのままです。「水が減った」という記述では、どの状態の水を数えたのかが伝わりません。状態変化の計算では、気体・液体を別の欄へ書き、最後に合計も確認します。
実際の大気では、空気の出入りや体積変化もあります。今回はそれらを外した条件だから差し引きだけで計算できました。問題に「空気が入れ替わる」などの条件があれば、同じ引き算を無条件に使わず、入ってきた水蒸気と出ていった水蒸気も考える必要があります。
湿度の百分率を出したいとき、実際の水蒸気量を出したいとき、水滴になった量を出したいときでは、式の最後が違います。問われたものを先に書き、％なのかgなのかまで対応させて答えましょう。