液体の重さと体積

液体1立方センチあたりの重さを調べるにはつぎのようにします。
上皿天秤で、空のビーカーの重さをはかります。

このビーカーにメスシリンダーで水を10立方センチはかって入れビーカーと水の全体の重さをはかります。

全体の重さからビーカーの重さを引くと水10立方センチの重さがもとまります。

この数値を10で割れば1立方センチあたりの水の重さがもとめられます。

ビーカーに入れる水の体積をいろいろにかえて水の重さを測定し縦軸に水の重さ、横軸に水の体積をとってグラフに書いてみましょう。

また、水と同じようにしてアルコール（アルコールにはメチルアルコールとよばれるアルコールやニチルアルコールとよばれるアルコールなどがありこれらはすべて性質の違うアルコールです）の体積と重さを測定しグラフに書いてみてください。

また、グリセリンやエーテル(エチルエーテルなど)も同じようにやってみましょう。

右のグラフは、このようにしてつくったグラフです。
これを見ると、液体の体積の重さは比例していることがわかります。

さらに、液体の種類によって、グラフの傾きが違うことから1立方センチあたりの重さは、それぞれの液体の種類によって決まっていることがわかります。

固体の重さと体積

球・円錐・円柱のような規則正しい形をした固体の体積は辺の長さや直径を測定して、計算すればもとめることができます。

しかし、不規則な形の固体の体積はこのような方法で測定することはできません。

このようなときには、以下の方法でもとめます。

水に固体を入れたとき、固体の体積と同じ体積だけの水がおしのけられます。

この法則を利用して、おしのけられて溢れだした水の量をはかり固体の体積をもとめます。

鉄球、鉄のナット、鉄のボルト・鉄棒を切ったものなどの体積と重さを測定し、
液体の場合と同じようにグラフを書いてみましょう。

さらに、鉛の玉、鉛の棒、鉛の板などの重さと体積
銅の棒、銅の板、銅線のかたまりなどの重さと体積を測定し
グラフに書いてみましょう。

このグラフから、どんなことがいえるか考えてみます。

アルミニウムや鉄・鉛・銅などの固体でも、液体の場合と同じように
体積と重さは比例しており、同じ種類の物質では
1立方センチあたりの重さはそれぞれ決まっていることがわかります。

つまり、それぞれの物質についての直線の傾き方がその物質の1立方センチあたりの重さをしめしています。

液体でも固体でも、種類によってその物質1立方センチあたりの重さが決まっているということはたいへん大切なことで、これは物質のもつ重要な性質の一つです。

したがって、物質1立方センチの重さが何グラムであるかを測定すればその物質が何であるかを確かめる有力な手がかりとなるのです。

固体の膨張率

ふつうの物質は、温度が高くなると体積が増えます。このことを膨張といいます。
　

それでは、膨張のしかたは、物質によってどのように違うのでしょうか。

中空のパイプの一端を固定し、他のはしがのび縮みしたときにそののび方が拡大されるような装置をつくります。

一端の固定されている側からゴム管により水蒸気を送りパイプを加熟するようにします。

水蒸気は、フラスコの水を加熟することによってつくることができます。
管の他のはしにあけた穴から、水蒸気が逃げるようにしておきます。

銅・アルミニウム・鉄・ガラス・黄銅などのパイプを用いてこの実験な行ってみましょう。

水蒸気で熱せられたパイプの膨張する割合が物質によって違うことがわります。

パイプの長さ、太さ(直径)、パイプの厚みパイプを通る水蒸気の温度などの条件を実験する物質全部についてほぼ等しくて実験結果をくらべることが大切です。

注意して、何度も実験してみると膨張する割合は物質の種類によって違うが同じ種類の物質ではだいたい等しいことがわかります。

この場合、パイプの太さも膨張により変化しますが長さの変化にたいして、非常に少ない変化ですので太さの変化は考えなくてもよいのです。

このように長さの膨張だけを問題にするとき線膨張という言葉を使います。

正確には、温度が1℃上がるときにのびる長さのもとの長さにたいする割合で膨張の程度をあらわします。

これを線膨張率といいます。

線膨張率は物質により特有の値すなわち、物質の特性をあらわす数値です。

線膨張率をはかれば、その物質が何であるかをある程度推定することができるのです。

液体の膨張率

図のような容器に水を満たし、液の温度が測定できるように温度計を入れます。
この装置を水槽の中に入れ、水槽の中に60℃ぐらいの湯を入れます。

温度が5℃上がるごとに、ガラス管の液面が上がった高さを測定し
温度と液面の高さとの関係をグラフにします。

水のかわりに、エチルアルコールを入れて水と同じ方法で実験し、液面が上がった高さとアルコールの温度とり関係をグフフに書きます。

グラフを見てわかるように、水とエチルアルコールとでは膨張のしかたが、違っていることがわかります。

液体も固体と同じように温度が高くなると膨張しますがこの場合は体積が膨張します。

体積が膨張する割合を体膨張率といいます。

体膨張率は、物質の種類によって違い液体の体膨張率は、液体によって一定の値をとります。