物理公式 「ボイル・シャルルの法則」の話

PV=nRT
M:ピストンの中に気体を入れて、その気体を、温めたり冷やしたり、膨張させたり圧縮させたり、力をかけたり熱遮断したり・・・という実験します。
T:ヤラれ放題で気体もかわいそうやな(´・ω・`)
M:それで、気体にあれこれすると、どうなるかわかる方程式があります。それが理想気体の状態方程式 PV=nRT です。
T:ふーん (‘.’o)-
M:P は「圧力」です。
T:プレッシャー(Pressure)の P やね (゚∀゚)
M:そうそう。それで、この圧力の単位が パスカル [Pa] という点に注意しよう! 一般的な力学の単位 ニュートン [N] とは異なります。
T:面倒やのう (´・ω・`)
M:そうだね。力F[N] = 圧力P[Pa] × 面積S[m2] で、常に力に換算するクセを付けておこう! はい、ここ重要!
T:なるほど、φ(・ω・ )メモメモ
M:顔文字多いなぁ。それで、V は「体積」で、単位は 平方メートル [m2] 。n は「モル数」で、単位は モル [mol]。R は「気体定数」です。これは、面倒なので、「ただの定数」と理解しておけばOKです。単位も覚えなくていいよ。
T:へぇ。
M:で、T は「絶対温度」で、単位は ケルビン [K] 。今回は、摂氏をそのまま使わず、必ず絶対温度ケルビンに変換して使おう!
T:どうやって変換すんねん?
M:絶対温度[K] = 摂氏[℃] + 273 です!
T:なるほどね。
M:さて、この種の問題では、「気体1モル」という指示になります。だから、実質的に、モル数nと気体定数Rは、ただの定数で、一定の値と考えます。
T:とすると、PV=nRT を変形すると、\frac{PV}{T}=nR になるなぁ。で、nRが定数で一定の値や。
M:そう。その \frac{PV}{T}=一定 という公式が、ボイル・シャルルの公式です。
T:ほう。
M:さらに、このボイル・シャルルの法則で、等温変化状態ならどうなるでしょう?
T:等温変化ゆうことは、T=一定ゆうことやろ? ほな、PV=一定 になるなぁ。
M:そうそれがボイルの法則です。ついでに、等圧変化なら?
T:\frac{V}{T}=一定 やね。
M:そう、それが、シャルルの法則。
T:でも、そんなら、理想気体の状態方程式を1個だけ覚えておけばいいんちゃう?
M:そうだよ。その通り。理想気体の状態方程式だけ覚えておけば充分だね。
T:なんやねん。

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