ボイル=シャルルの法則

理想気体の体積と圧力、温度に関係する法則

ボイル=シャルルの法則(ボイルシャルルのほうそく、: combined gas law[注釈 1]は、理想気体体積圧力温度に関係する法則[1]シャルルの法則ボイルの法則ゲイ=リュサックの法則を組み合わせたものである。この法則の公式的な発見者はおらず、すでに発見されていた法則を融合させたものである。これらの法則は、気体の圧力体積絶対温度のうち任意の2変数が、その他の変数を定数として置いた場合、互いに比例あるいは反比例することを示している。ボイル=シャールの法則ともいう。

導出と詳細編集

シャルルの法則は、圧力一定の条件下では体積絶対温度比例することを示すものである[注釈 2][3]。ボイルの法則は、温度一定の条件下では圧力体積反比例することを示している。そして、ゲイ=リュサックの法則は、体積が一定の場合には絶対温度圧力が比例するというものである。[4][5]

ボイル=シャルルの法則はこれらの変数の相互依存関係を簡潔に示している。一言でいえば、


気体の圧力P は体積V に反比例し絶対温度T に比例する[1]
 

これを変形して、状態量を全て左辺に移すと、

 

ここで、

P圧力
V体積
T絶対温度
kは定数(エネルギーを絶対温度で割った単位)

である。

従って、この式の左辺は気体の状態に依存しない定数となる。 2つの異なる環境にある同じ物質を比較した場合、この法則は以下のように書ける。

 

アボガドロの法則をボイル=シャルルの法則に導入することにより、理想気体の状態方程式を導くことが可能となり、さらには拡張されて「ボイル=シャルルの法則」そのものとされた。

 

ここで、n = m /M は気体の物質量R気体定数m は気体の質量M は気体のモル質量である。

関連項目編集

脚注編集

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注釈編集

  1. ^ すでに発見されていた法則を融合させたものであることを踏まえた呼称である。
  2. ^ 歴史的にはこの現象の発見はゲイ=リュサックによるものとの見解が主流であり、国によってはこちらをゲイ=リュサックの法則と呼ぶ[2]

出典編集

  1. ^ a b 朝永振一郎 『物理学読本』(第2版) みすず書房、1981年、142頁。ISBN 4-622-02503-5 
  2. ^ Keith J. Laidler, The World of Physical Chemistry, 1995 (with corrections), Oxford University Press, pp. 131-135. ISBN 0-19-855919-4
  3. ^ Haworth, D. T. (1967). Charles' Law: A general chemistry experiment. Journal of Chemical Education, 44(6), 353.
  4. ^ Gay-Lussac (1809) "Mémoire sur la combinaison des substances gazeuses, les unes avec les autres" (Memoir on the combination of gaseous substances with each other), Mémoires de la Société d'Arcueil 2: 207-234.
  5. ^ MELDRUM, A. Gay-Lussac's Law—Its Centenary . Nature 81, 519–521 (1909). https://doi.org/10.1038/081519b0

外部リンク編集