真空中での水の質量

回答ではなく失礼いたします。既回答に基づく架空Q&A。

Q1「減圧雰囲気下で25Cの水が蒸発しました。発生した水蒸気の体積はどう考えれば良いでしょうか」
A1「水が蒸発したのだから当然100Cでしょう。25Cの水から100Cの水蒸気になるので体積は1700倍になります。単純な話です」

Q2「減圧雰囲気下で25Cの水が蒸発しました。発生した水蒸気の体積を気体の状態方程式から求めたいのです。nとRの値は判るのですが、PとTはどのような値にすれば良いでしょうか」
A2「水が蒸発したのだから当然Tは100C=373.15Kでしょう。減圧下ではありますが、Pはとりあえず1気圧で良いのです」

Q3「気体の状態方程式から水の気化熱を簡単に考察したいのですか、どう考えれば良いでしょうか」
A3「PV=nRTだけで良いのです。水の気化熱2250KJ/Kgなどは気にする必要はありません。簡単です」

回答があまりに面白いもかったものですから。

手遅れなのかもしれないけど、
ご提示の条件で実験するのであれば、
事前に、真空ポンプメーカーに可否の相談をすべきと思います。

回答（5）さんのご指摘のように、ポンプ故障に至る危険があります。

水分があると真空度は上がりませんよね。
もしかして、フリーズドライなのかしら。

蒸発速度は形状、入熱に依存するので計算不可能に近いです。

更にいうとオイル式のエドワーズRV12で290g/h、ドライポンプだと樫山のNeoDry15Eで250g/hなので少なくとも100g全てが蒸発する条件にするとポンプ内の結露で故障する可能性が高いです。

液体の水(４℃)が水蒸気(100℃)に変わると体積が約1700倍に膨張する内容から、単純考察でも、
100cc → 0.1Ｌ　0.1Ｌ×1700＝170Ｌなので、効率良く排気されれば零かな？

そして、ボイルシャルルの法則での熱エネルギーと気化熱を簡単に考察すると、
４℃の１gの水の体積は1g/1[g/cm3]=1cm3で、 100℃は373.15Kであるから水蒸気の体積は、
V＝nRT/P＝{1/18}mol×0.082[atml/molK]×373.15[K]/1[atm]＝1.70[l]
または、V＝nRT/P＝{1/18}mol×8.314472[Pam3/molK]×373.15[K]/101325[Pa]＝0.00170m3
＝1700cm3で、1cm3の1700倍。

これらをヒントに確認してください。

「物理の質問です」と、単純なモデル化ができそうな設定ですが、
そうは単純ではありません。
追記で真空ポンプの能力を提示なさっていますが、排気能力は空気に
対する値であって、水蒸気の排気能力は空気よりずっと低い値です。

実際に真空ポンプがあるのならば、実験した方が手っ取り早いと
思います。

実験ではなく、計算で求めたいならば、水面の面積がどれ程か、
水が断熱的な状態を保つのか、外部と熱交換して25℃を保つのかなどの
条件を与えることが必要と思います。

実験をお勧めしましたが、多くの水分を扱った真空系は、高真空に回復させる
ことは困難です。真空系を状態をよい状態で保持なされたいのであれば、
沢山の水分を排気するような無理をしない方がよいことは間違いありません。

お礼

2015/09/08 09:31

ありがとうございました。
実験をやってみたいと思います。

質問者