図に示すような断熱性のよいシリンダーとピストンでできた容器の中に未飽和の湿潤空気を封入して、ピストンをゆっくりとAからC…

一般知識 一般知識 問3

図に示すような断熱性のよいシリンダーとピストンでできた容器の中に未飽和の湿潤空気を封入して、ピストンをゆっくりとAからCまで引き出した。その際、ピストンがBとCの間にあるときに、シリンダー内で水蒸気の凝結が生じた。ピストンがA、B、Cの位置にあるときのシリンダー内の空気の水蒸気の混合比q、温位θ、相当温位θeについて、以下の関係式(a)〜(c)の正誤の組み合わせとして正しいものを、下記の①〜⑤の中から1つ選べ。ただし、q、θ、θeの添え字A、B、CはそれぞれピストンがA、B、Cの位置にあるときの物理量であることを示す。また、凝結した水の体積及びこの水への熱の移動は無視できるものとする。(a) qA = qB = qC(b) θA = θB < θC(c) θeA = θeB = θeC

気象予報士 令和6年度第1回(第62回) 一般知識 問3の図
正答 ③
正答は ③。(a) 誤・(b) 正・(c) 正 の組み合わせです。 【状況の整理】 断熱性のよい容器でピストンを引き出すと、空気は断熱膨張して温度が下がります。A→Bの間は未飽和のまま(乾燥断熱変化)、B〜Cの間で飽和に達して凝結が始まり、C までは湿潤断熱変化になります。 【記述ごとの正誤】 (a) 誤り。A→Bでは凝結が起こらないので qA=qB ですが、BとCの間で水蒸気の一部が水になるので、Cでは水蒸気の混合比が小さくなります。qA=qB>qC です。 (b) 正しい。乾燥断熱変化では温位が保存されるので θA=θB です。凝結が起こると潜熱が放出されて空気が暖められるので、温位は大きくなり θB<θC となります。
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(c) 正しい。相当温位は、水蒸気がすべて凝結したときの潜熱まで含めた温位なので、乾燥断熱変化でも湿潤断熱変化でも保存されます。θeA=θeB=θeC です(凝結した水への熱の移動などは無視できる条件)。 【ポイント】 凝結が起こると「q は減る・θ は増える・θe は変わらない」。この3点の組み合わせで判断します。

出典:令和6年度第1回(第62回)気象予報士試験 学科試験(予報業務に関する一般知識)問3(一般財団法人気象業務支援センター 公表・許諾を得て掲載)出典元ページ

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