【シャルルの法則】気体の体積の温度依存性に関する法則【一定圧力】

熱力学
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taniten
taniten

今回はシャルルの法則について解説していくよ!

なんかボイルの法則と似てる法則だよね。

ふうた君
ふうた君
taniten
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気体に関する法則であることは変わらないけど、ボイルの法則とは全くの別物だよ。

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シャルルの法則とは?

まずは定義の確認

前回のボイルの法則でも解説しましたが、気体の状態では各々の原子・分子は自由に動き回っていて、様々な熱的現象を考えることができます。

ボイルの法則については以下を参考にしてください。

ボイルの法則は気体の体積と圧力に関する法則でしたが、気体の体積と温度の間にも決まった関係があるのです。

何を隠そうそれがシャルルの法則なのです。

一定圧力のもとで、一定量の気体の体積\(V\)と絶対温度\(T\)の比は、気体の種類によらず常に一定となる。
すなわち、
$$\frac{V}{T}=\verb|一定|$$
がなりたつ。これをシャルルの法則という。

ボイルの法則は圧力と体積の積、シャルルの法則は体積と温度の比なんだね。

ふうた君
ふうた君

図で確認!シャルルの法則

taniten
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ボイルの法則と同じように、図で確認してみよう!

シャルルの法則の図

ここで注意すべき点は、図のいずれの場合もピストンからかかる圧力は一定であるということです。

一番左の温度\(T\)、体積\(V\)の状態から、リンダー外部から熱を加えていくと、圧力一定のまま体積が上がっていくのです。

シリンダー内の原子・分子に熱が加わることで運動が活発になり、体積が増えていくのです。

運動が活発になると温度も上がるんだね!

ふうた君
ふうた君
taniten
taniten

運動が活発になると温度が上がる理由については他の記事で解説するつもりだよ!

グラフで確認!シャルルの法則

合わせてグラフでもシャルルの法則を確認していきましょう。

シャルルの法則のグラフ

シャルルの法則のグラフは、単純な直線のグラフとなります。

ここで示した温度\(T\)は絶対温度であることに注意してください。

0[K]の絶対温度のことを絶対零度って言うんだったよね!

ふうた君
ふうた君
taniten
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絶対温度については以下の記事を参考にしてみてね!

まとめ

それでは今回の内容をまとめましょう。

一定圧力のもとで、一定量の気体の体積\(V\)と絶対温度\(T\)の比は、気体の種類によらず常に一定となる。
すなわち、
$$\frac{V}{T}=\verb|一定|$$
がなりたつ。これをシャルルの法則という。
taniten
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次回はボイルの法則とシャルルの法則を組み合わせた法則の解説をするよ!

よ〜し!
それまでにしっかり復習しておくぞ〜!

ふうた君
ふうた君

コメント

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