シャルルの法則(絶対温度と体積の関係)をシミュレーターを用いて解説！[物理入門]

2021-05-03　 ボイル・シャルルと状態方程式

前回記事では、ボイルの法則について解説しました。温度が変わらない状況下なら、圧力と体積が反比例するという法則です。

今回の記事では別の観点で、「絶対温度」と「体積」の関係について説明していきます。この2つの関係はシャルルの法則というもので説明できます。

等圧条件下で、「絶対温度」と「体積」は比例する！

気体の「絶対温度」と「体積」の関係について説明します。その関係性に焦点を当てるため、圧力は変えないものとします。

この時、絶対温度をT(K)、体積をV(\(m^3\))とすると、↓のシャルルの法則が成り立ちます。

つまり絶対温度と体積は比例するという事です。これは、「絶対温度が上がる→分子の運動が激しくなる→等圧条件下では体積が大きくなる」という因果関係によるものです。温度が上がって、分子の動きが激しくなり、壁を押して体積が変化するのです。

「絶対温度2倍 ⇒ 体積2倍」になります。注意が必要なのは、Tはセ氏温度ではなく、絶対温度ということです。

この「絶対温度」と「体積」が比例する理由は分子の動きを計算すれば分かるのですが、、、その証明は別記事で解説する予定です。まずはこのような関係性があることを理解しましょう！
　

シミュレーターでシャルルの法則を理解しよう！

上記で説明したボイルの法則を、シミュレーターを使って理解しましょう！

↓のスライドバーを動かして、「圧力」と「体積」が反比例することを確認しましょう！

次回、ボイル・シャルルの法則を解説します！

今回は絶対温度Tと体積Vの関係性について説明しました。繰り返しになりますが、等圧条件では↓の式が成り立ちます。

つまり、「絶対温度」と「体積」は比例するんです。

次回は前回記事のボイルの法則と、今回解説したシャルルの法則の合わせた場合を解説します！
　

[関連記事] 物理入門: ボイル・シャルルの法則と状態方程式

1．圧力

2．ボイルの法則

3．シャルルの法則(本記事)

4．ボイル・シャルルの法則

5．分子のモル数

6．熱力学 状態方程式