空気はあたためると、どれくらいふえる？
空気は、あたためると大きくなり（体積がふえ）、冷やすと小さくなります。20℃の空気は、1℃あたためるごとに約0.34%ずつふえます。500mlのペットボトルの空気なら、次のくらいです。水は同じように温度を変えても、ほんの少ししか変わりません。
| 20℃から | 空気500ml | 水500ml | 空気30ml（試験管） | 水30ml（試験管） |
|---|---|---|---|---|
| 0℃（氷水） | 約34mlへる | 約0.8mlへる | 約2.0mlへる | 約0.05mlへる |
| 40℃ | 約34mlふえる | 約3.0mlふえる | 約2.0mlふえる | 約0.18mlふえる |
| 60℃ | 約68mlふえる | 約7.6mlふえる | 約4.1mlふえる | 約0.46mlふえる |
| 80℃ | 約102mlふえる | 約13.6mlふえる | 約6.1mlふえる | 約0.82mlふえる |
ペットボトル（500ml）の口に風船をつけて60℃のお湯につけると、計算ではふえた約68mlの空気で、風船は直径約5cmにふくらみます。氷水につけると、空気が約34mlへるので、風船はボトルの中にすいこまれます。
どうして空気はあたためると大きくなるの？
空気は、目に見えないとても小さなつぶが飛びまわってできています。あたためるとつぶの動きが速くなり、まわりを強くおすので、広がって体積が大きくなります。冷やすと動きがおそくなり、小さくなります。水や金属もあたためると大きくなりますが、つぶどうしがしっかりくっついているので、ふえ方はずっと小さくなります。
おうちの方向けに言うと、圧力が一定なら気体の体積は絶対温度に比例します（シャルルの法則）。0℃の体積を基準にすると、1℃ごとに約1/273ずつ増えます。水の体積膨張率は20℃で約0.02%/℃と空気の約1/15で、しかも温度によって変わり、約4℃で体積がいちばん小さくなります（それより冷やすと逆にわずかに増えます）。鉄の体積膨張率は約0.0035%/℃で、さらに小さくなります。
おうちでの実験のやり方
空気：ペットボトルと風船
- からのペットボトル（500ml）の口に、ゴム風船をかぶせます。風船は一度ふくらませてのばしておくと、ふくらみやすくなります。
- 洗面器やボウルに、おうちの人に50〜60℃くらいのお湯を用意してもらいます。
- ペットボトルをお湯につけて、風船のようすを見ます。
- 次に、氷水につけて、風船がどうなるか見ます。
空気と水をくらべる：試験管（または細い小びん）
- 空気：からの試験管の口に、せっけん水（台所用洗剤を水でうすめたもの）のまくをはり、お湯につけます。
- 水：試験管に水（色をつけるとわかりやすい）をいっぱいに入れ、ストローをさしたねんどでふたをします。ストローの水面に印をつけてから、お湯につけます。
- 同じお湯につけて、まくのふくらみと、水面の上がり方をくらべます。
お湯はやけどしない温度（60℃くらいまで）にして、おとなが用意してください。ガラスの試験管は急に冷やしたり温めたりすると割れることがあるので、プラスチックの試験管や小さなペットボトルを使うと安心です。熱いお湯にペットボトルを入れると、ボトルが変形することがあります。
自由研究のまとめ方のヒント
「水そうの温度」と「風船の大きさ（直径）」や「水面の上がり方（cm）」を表にして、グラフにしてみましょう。空気は温度にほぼ比例してふえるので、グラフはまっすぐな線に近くなります。同じ量の空気と水で、ふえ方が何倍ちがうかを調べるのもおすすめです。予想（このシミュレーター）と結果がずれた理由を考えるのも、りっぱな研究です。
よくある質問
へこんだピンポン玉をお湯に入れると直るのはなぜ？
ピンポン玉の中の空気があたためられて大きくなり、内側からおし返すからです。われてしまった玉は、空気がにげるので直りません。お湯はおとなが用意してください。
冷蔵庫に入れたペットボトルがへこむのはなぜ？
ふたをしめたボトルの中の空気が冷やされて小さくなろうとし、まわりの空気におされてへこみます。ふたをしないと、外から空気が入るのでへこみません。空気のちぢみ方は、ペットボトルをにぎって遊ぶ浮沈子シミュレーターでも見られます。
風船が計算ほどふくらまないのはなぜ？
風船のゴムがのびるには、少し力（中の空気がおす力）がいるからです。ゴムがかたい新しい風船だと、計算より小さくなります。また、ボトルの中の空気がお湯と同じ温度になるまで、少し時間がかかります。
水は冷やすほど小さくなるの？
水は約4℃でいちばん小さくなり、それより冷やすと少しだけ大きくなります。氷になると、さらに約9%も大きくなります。このシミュレーターでは、氷水（0℃）につけても中の水はこおらないとしています。
金属もあたためると大きくなる？
大きくなりますが、とても少しです。鉄の棒1mを40℃あたためても、のびるのは約0.5mmです。それでも、夏に線路のレールがのびて曲がらないように、つなぎ目にはすきまがあけてあります。