乾球温度・湿球温度とは？ 温度差から湿度がわかるのはどうして？

中学入試の理科分野では、乾球温度（計）と湿球温度（計）に関する問題が出ることがあります。ふたつの温度から湿度がわかるのですが、「乾球温度計と湿球温度計を使うと、なぜ周りの空気の湿度がわかるのか？」を、子供たちは意外と理解していないようです。入試では、記述式で解答させる問題も出ていて、しくみや原理を理解しておくことが必要です。そこで、以下の3つの基本事項をおさえておきましょう。

基本［1］水が蒸発すると熱がうばわれる

コップに水を入れて部屋に置いておくと、水のかさは少しずつ減っていきます。水はただ置いておくだけでも自然と蒸発していくからです。そして、水が蒸発すると熱がうばわれます。これが、乾球温度と湿球温度を押さえるための1つめの基本です。

水が蒸発するイメージをつかむ

水が蒸発する様子を、イメージでつかみましょう。「水が蒸発する」というのは、水面から空気のなかへ水の粒がユラユラのぼっていくイメージです。そして、水が蒸発する量が多ければ多いほど熱がうばわれ、温度もガンガン下がっていきます。逆に、全く蒸発しないときは、温度はほぼ変わりません。

乾球温度計と湿球温度計で起きていること

水が蒸発するときに、乾球温度計と湿球温度計で起きていることをみてみましょう。

乾球温度計は、いわゆる普通の温度計です。湿球温度計は、普通の温度計の先端を、湿ったガーゼで包んだものです。湿球温度計の先端では、水が蒸発しているので熱がうばわれています。そのため、湿球温度計のほうが温度が低くなります。

基本［2］空気が持つ水蒸気には限界がある

部屋に置かれたコップのなかの水は、自然と蒸発を続けます。しかし、空気が持つことができる水蒸気の量には限界があります。そのため、周りの空気が限界の状態だと、水は蒸発しません。これが2つめの基本です。

「湿度100%」は、空気が限界まで水蒸気を持った状態

空気が水蒸気を持つ様子を、イメージでつかみましょう。空気中に水蒸気が少ししか存在せず余裕がある状態から、限界まで水蒸気を含んだ状態までを考えます。

水蒸気を限界まで持ってしまうと、空気は水蒸気をこれ以上持つことができません。この状態が、いわゆる「湿度100%」です。

それぞれの状態でコップの水はどうなる？