シャルルの法則は空気を温めたら膨張するよねっていう法則！高校１年生に向けて丁寧に解説する

理想気体の法則であるシャルルの法則

理想気体とは

実在気体（実際に世の中に存在する気体）は本来，

気体分子の粒子自身に体積があります。

気体分子の粒子間同士で分子間力（分子と分子が互いに引き合う力）が働いています。

しかし，気体の粒子自身に体積があったり，気体の粒子間で分子間力が働いていると，様々な計算をする時に非常に面倒な計算式になってしまいます。

例えば，物が100 m落下した時の速度を求めるときに，『空気抵抗』を考慮したりすると，めちゃくちゃ計算が大変になります。

そこで，「空気抵抗は無視して計算して概算してみよう。」となるわけです。

これと同じように，『分子自身の体積』や『分子間力』を無視して概算しようというときに用いられるのが，『理想気体』です。

ボイル・シャルルの法則で扱う３つの値

ボイル・シャルルの法則では，『圧力』『体積』『温度』の３つの値を扱うことになります。

とは言っても，圧力って何？体積って何の体積？

となりますよね。そう言った方向けに，１から丁寧に，『ボイル・シャルルの法則における圧力・体積・温度』について解説した記事がありますので，こちらを是非チェックしてみてください！

シャルルの法則とは

ちょうど日本が江戸時代の真っ只中。それも鎖国をして，海外との国交を封じていた頃。ちょうどフランスでは，シャルルという人物が化学実験に勤しんでいました。

そんなシャルルが見つけた法則。

それが，

シャルルの法則

です。シャルルの法則をじっくり１から解説していきましょう！

シャルルの法則を小学生にもわかるように言うと，

空気って温めると膨張するよね。

っていう法則です。

えっ？それだけ？と思うかもしれませんが，もちろんこれで終わらないのが高校化学です。数式が少し入ってきますが，簡単なので，ついてきてくださいね！

シャルルの法則は，一定圧力条件下において，

V/T＝k（kは一定）

と表される法則です。細かく解説していきます。

あなたは真冬の実験室にいます。実験室の温度はなんと0 ℃。極寒です。

そんな極寒0 ℃の実験室で，ピストン付きの容器の中に１Lの空気を閉じ込めました。そして，そのまま放置していると，少しだけ気温が高くなり，１℃になりました。

気温が0 ℃から1 ℃に温度上昇したことで，ピストン付きの容器の中の空気は少しだけ膨張します。

容器の中の空気は1/273倍だけ膨張し，1＋1×1/273＝274/273〔L〕になっていました。

図挿入

表挿入1 1+1/273・・・

シャルルの法則

一定圧力条件下（＝例えば，地球で実験を行うとする）で一定量の気体の体積は，温度が１℃上昇すると，体積は，0 ℃のときの1/273 倍膨張する。

この事実に基づいて下の文章について考えてみよう。

地球上（＝大気圧1.013×10⁵〔Pa〕条件下），気温は0 ℃条件下で実験を行った。風船を用意し，風船の中に10 Lの気体を封じ込めた。その後，気温は4 ℃に変化し，風船は少しだけ膨張した。風船内の気体の体積は10 Lから何 Lに変化したか？

シャルルの法則とは，温度が１℃上昇すると，”0 ℃の時”の気体の体積の1/273 倍膨れ上がる法則だった。

0 ℃から4 ℃に気温が4 ℃上昇したことから，気体の体積は，0 ℃の時の4/273倍膨れ上がったと言える。

よって，10×(1＋4/273)＝2770/273〔L〕（≒10.15〔L〕）

少しだけ膨張していることがわかる。

−273 ℃にすると，理想気体の体積は０になる。これ以上気体の体積は縮まりようがないのだ。（∵気体の体積が『−（マイナス）』の値を取るわけがない。）

これ以上低い温度は世の中に存在しないという『−273 ℃』のことを絶対零度と言うよ！

0 ℃のときの気体の体積をV₀〔L〕，t〔℃〕のときの体積をV〔L〕とすると，VとV₀の関係は次のように表される。

V＝V₀＋V₀×t/273＝V₀（273＋t/273）＝V₀（T/273）　……①

（T：絶対温度〔K〕，t：セルシウス温度〔℃〕）

式①をグラフ化すると，下のグラフになる。

グラフ挿入

式①より，

V＝V₀（T/273）＝V＝V₀/273×Tより，『V₀/273』の部分をTの係数kとみなすと，

V＝kT（シャルルの法則）となる。