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物理学入門: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!

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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してききます!

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。

物理学入門: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!

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。

シャルルの法則

\( \displaystyle \frac{V}{T} = 一定\)

つまり絶対温度と体積は比例するという事です。これは、少しわかりにくいですが、「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。

絶対温度が2倍になると、体積も2倍になります。分かりやすいですね。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!

シミュレーターでボイ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!

[シミュレーションの説明]
  • スライドバーで絶対温度を変更でき、その結果が↓シミュレーターで表示されます
  • その結果、変化した体積Vが画面に表示されます
  • 実測された絶対温度Tをと体積Vの関係性をグラフにして表示します
  • ↓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!

    絶対温度
    200


    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。

    シャルルの法則

    \( \displaystyle \frac{V}{T} = 一定\)

    つまり、「絶対温度」と「体積」は比例するんですね。
    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
    3.シャルルの法則(本記事)

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