水蒸気すいじょうき

水蒸気すいじょうき（すいじょうき、スチームともいう）は、水みずが気化きかした蒸気じょうき。空気くうき中ちゅうの水蒸気すいじょうき量りょう、特とくに飽和ほうわ水蒸気すいじょうき量りょうに対たいする水蒸気すいじょうき量りょうの割合わりあいのことを湿度しつどという。

水蒸気すいじょうきと湯気ゆげ

水蒸気すいじょうきと湯気ゆげは状態じょうたいと性質せいしつが異ことなり、水蒸気すいじょうきが気体きたいで目めに見みえないのに対たいし、湯気ゆげは液体えきたいで目めに見みえる状態じょうたいである。霧きり、川かわ霧きり、温泉おんせんの湯煙ゆけむり、湯ゆを沸わかしているやかんの口くちから出でる湯気ゆげ、寒さむい朝あさの白しろい息いきなどは、水みずが蒸発じょうはつ後のちに冷却れいきゃくされ凝結ぎょうけつしたもので、その生しょうじた液体えきたいも直後ちょくごに蒸発じょうはつして瞬時しゅんじに消きえてしまうことが多おおい。

なお、「蒸気じょうき」は科学かがく時代じだいになって生うまれた概念がいねんであるため、ほとんどの国くにで湯気ゆげから派生はせいした言葉ことばを当あてている。例たとえばタイ語ごでは「アイナム」といい蒸気じょうきと水蒸気すいじょうき、湯気ゆげの区別くべつがない。一方いっぽう、英語えいごではsteam（湯気ゆげ）とvapor（蒸気じょうき）があり、後者こうしゃのほうが意味いみ的てきには揮発きはつに近ちかく水みずからは離はなれているとされる。

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  水蒸気すいじょうきは無色むしょくである
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  ティーカップから立たち上のぼる水蒸気すいじょうきを含ふくむ湯気ゆげ
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  湯煙ゆけむり（草津くさつ温泉おんせんの湯ゆ畑はたけ）

水みずと蒸気じょうき

一定いってい圧力あつりょく下かで常温じょうおんの水みずをゆっくり加熱かねつすると、ある温度おんど（大気たいき圧あつ 760 mmHg のもとでは 100 ℃）で蒸気じょうきに変かわる。加熱かねつに伴ともなって水みずが蒸発じょうはつし全体ぜんたいの体積たいせきが増加ぞうかするが、その間あいだ温度おんどは一定いっていのまま変かわらない。すべての水みずが蒸発じょうはつして気体きたいとなった後のち、ゆっくりとさらに加熱かねつすると、蒸気じょうきの温度おんどは再ふたたび増加ぞうかし始はじめる。

水みずの P-v 線せん図ず

蒸気じょうきとなった水みずを冷却れいきゃくすると、同おなじ経路けいろを逆ぎゃくにたどって、蒸気じょうきは凝縮ぎょうしゅくして液体えきたいの水みずになる。以上いじょうの変化へんかは、水みずに限かぎらず一般いっぱんの物質ぶっしつに共通きょうつうしている。一部いちぶの水みず（液体えきたい）が蒸発じょうはつを始はじめる温度おんどを、その圧力あつりょくにおける飽和ほうわ温度おんどとよび、逆ぎゃくにその圧力あつりょくを、その温度おんどにおける飽和ほうわ圧力あつりょく（飽和ほうわ蒸気じょうき圧あつ）とよぶ。標準ひょうじゅん大気たいき圧あつの水みずの飽和ほうわ温度おんどは 100 ℃ であり、100 ℃ の水みずの飽和ほうわ圧力あつりょくは 760 mmHg = 1013.25 hPa である。飽和ほうわ温度おんどは圧力あつりょくが上昇じょうしょうすると共ともに上昇じょうしょうする。

飽和ほうわ温度おんどの水みず（液体えきたい）を飽和ほうわ水すい（水みず以外いがいでは飽和ほうわ液えき）、蒸気じょうきを飽和ほうわ蒸気じょうきとよび、飽和ほうわ温度おんど以下いかの温度おんどの水みず（液体えきたい）をサブクール水すい（水みず以外いがいではサブクール液えき）、飽和ほうわ温度おんど以上いじょうの温度おんどの蒸気じょうき（気体きたい）を過熱かねつ蒸気じょうき（水みず以外いがいでも同おなじ）とよぶ。サブクール水すいまたは過熱かねつ蒸気じょうきの熱ねつ力学りきがく的てき状態じょうたいは、二ふたつの状態じょうたい量りょう（通常つうじょうは圧力あつりょくと温度おんど）で指定していすることができる。

水みずの T-s 線せん図ず

蒸気じょうき泡あわを含ふくんだ水みずや水滴すいてきを含ふくんだ蒸気じょうきは一般いっぱんに湿しめり蒸気じょうきとよばれる。水みずと蒸気じょうきが熱ねつ力学りきがく的てき平衡へいこう（圧力あつりょくと温度おんどがあい等ひとしい）であれば、飽和ほうわ水すい（液えき）と飽和ほうわ蒸気じょうきの混合こんごう物ぶつである。湿しめり蒸気じょうきであれば圧力あつりょくは飽和ほうわ圧力あつりょくであり、温度おんどは飽和ほうわ温度おんどである。湿しめり蒸気じょうきの熱ねつ力学りきがく的てき状態じょうたいは圧力あつりょくまたは温度おんどに加くわえて、次つぎ式しきの乾かわき度たび χかい を用もちいて指定していすることができる。

$\chi ={\frac {m_{\mathrm {vapour} }}{m_{\mathrm {total} }}}$

$m_{\mathrm {vapour} }$:気体きたいの質量しつりょう、$m_{\mathrm {total} }$:全体ぜんたいの質量しつりょう

水みずの h-s 線せん図ず

圧力あつりょくが高たかくなると、気体きたいの飽和ほうわ蒸気じょうきの比ひ体積たいせき（単位たんい質量しつりょうあたりの体積たいせき）は小ちいさくなり、一方いっぽう飽和ほうわ水すいの比ひ体積たいせきは飽和ほうわ温度おんどが高たかくなるため少すこしずつ大おおきくなり、ある圧力あつりょくで飽和ほうわ水すいと飽和ほうわ蒸気じょうきの状態じょうたいは一いち点てんに合体がったいする。この状態じょうたいは臨界りんかい点てんとよばれ、臨界りんかい点てん以上いじょうの圧力あつりょくでは液体えきたいと気体きたいの区別くべつをつけることはできなくなる（⇒超ちょう臨界りんかい流体りゅうたい）。水みずの臨界りんかい点てんは、圧力あつりょく 220.64バール (22.064 MPa; 217.75 atm) 、温度おんど 373.95 °C (647.10 K) 、比ひ体積たいせき 0.0031700 m³/kg である。

湿しめり蒸気じょうきを密閉みっぺい容器ようきの中なかでゆっくり冷却れいきゃくすると、蒸気じょうきの一部いちぶが凝縮ぎょうしゅくすると共ともに温度おんどと圧力あつりょくが低下ていかする。湿しめり蒸気じょうきを維持いじしたままある温度おんどに達たっすると、湿しめり蒸気じょうきの一部いちぶに氷こおりが生しょうじ、温度おんども圧力あつりょくも変化へんかしなくなる。この状態じょうたいを三重みえ点てんとよび、水みずの場合ばあいは、温度おんど 0.01 °C (273.16 K)、圧力あつりょく 0.006112バール (0.0006112 MPa; 0.006032 atm) である。水みずの三重みえ点てんは国際こくさい単位たんい系けいの温度おんど定義ていぎの基準きじゅん点てんに用もちいられている。

三重みえ点てんの水みずをさらに冷却れいきゃくすると、水みずが氷こおりに変化へんか（凝固ぎょうこ）し、水みずがなくなると温度おんどと圧力あつりょくが再ふたたび低下ていかし始はじめ、蒸気じょうきが氷こおりに変化へんか（固体こたいと気体きたい間あいだの状態じょうたい変化へんかを総そうじて昇華しょうかという）する。液体えきたいの水みずは、三重みえ点てんと臨界りんかい点てんの間あいだの限かぎられた圧力あつりょく範囲はんいで存在そんざいすることになる。これらの事ことがらは、水みずに限かぎらず一般いっぱんの物質ぶっしつに共通きょうつうした性質せいしつである。

水蒸気すいじょうきの利用りよう

食品しょくひん分野ぶんやでは古ふるくから蒸むし料理りょうり、澱粉でんぷん性せい食品しょくひんの加工かこうや焼成しょうせいに用もちいられてきた。業務ぎょうむ用よう厨房ちゅうぼう機器ききや食品しょくひん加工かこう装置そうち（スチームコンベクションオーブンなど）や調理ちょうり家電かでん（炊飯すいはん器きなど）にも利用りようされている。圧力あつりょく釜がまやオートクレーブもほぼこれを利用りようしている。

また、水蒸気すいじょうきを利用りようした蒸気じょうき機関きかんは、主おもに産業さんぎょう革命かくめい以降いこうに熱ねつエネルギーから運動うんどうエネルギーへ変換へんかんする動力どうりょく源げんとして重要じゅうような役割やくわりを担になった。汽力発電はつでん（火力かりょく発電はつでんや原子力げんしりょく発電はつでん）で蒸気じょうきタービンの駆動くどうに利用りようされている。

このほか、水蒸気すいじょうきを熱ねつ媒なかだちとした蒸気じょうき暖房だんぼう、蒸むし風呂ぶろ、高温こうおんを利用りようした清掃せいそう用具ようぐ（スチームクリーナー）がある。

関連かんれん項目こうもく

• 蒸気じょうき
  • 蒸気じょうき圧あつ
  • 蒸気じょうき霧きり（川かわ霧きり・湖みずうみ霧きり・湖沼こしょう霧きり・海うみ霧きり）
• 飽和ほうわ水蒸気すいじょうき量りょう
• 湿度しつど
• 水蒸気すいじょうき爆発ばくはつ
• 地球ちきゅうの大気たいき
• 空気くうき
• 温室おんしつ効果こうかガス