ボイルシャルルの法則→気体の状態方程式
ボイルの法則

ボイルの法則とは,
風船を両手でギュッと押さえつけると風船は小さくなるよね。
っていう法則。めっちゃわかりやすい。
化学的には以下の通り。
一定温度条件下において,PV=k(kは一定)
下の問題を解くと,ボイルの法則がどんなものか一気にわかるよ!
問題
気温がT=27 ℃,大気圧P₁=1.0×105 Paの条件下で,膨らませた風船の体積 は,V₁=5 Lであった。風船に1.0×105 Paの力を加え,合計の圧力がP₂=2.0×105 Paとなった。体積V₂はいくらになるか?気体は理想気体であるとする。

解説
温度変化がなく,ずっと27 ℃なので,ボイルの法則が使える。
力を加える前の風船にかかる圧力=大気圧P₁=1.0×105 Pa
力を加えた後の風船にかかる圧力P₂=2.0×105 Pa
よって,ボイルの法則より,1.0×105×5=2.0×105×V₂
V₂=2.5〔L〕
なるほどね〜。圧力が2倍になったんだから,それだけ風船は押し縮められるってことだよね。だから,5 Lから2.5 Lに小さくなったのね。
シャルルの法則

シャルルの法則とは,
風船を温めてると空気が膨張して,風船がさらに膨らむよね。
っていう法則。めっちゃわかりやすい。
化学的には以下の通り。
一定圧力条件下において,V/T=k(kは一定)
下の問題を解くと,シャルルの法則がどんなものか一気に理解できる!解いてみよう!
問題
風船を膨らませて,大気圧条件下(=気圧一定条件下),T₁=27 ℃の条件下で放置したところ,風船の体積はV₁=5 Lとなった。次に,風船内の温度をT₂=37 ℃にすると,風船が膨らんだ。風船の体積V₂〔L〕を求めよ。気体は理想気体であるとする。

解説
外圧は大気圧条件下で実験していて変化しないので,定圧条件下である。
よって,シャルルの法則が使える。
風船内の気体の温度が27 ℃のとき,
V1/T1=5/(27+273)=1/60
風船内の気体の温度が37 ℃のとき,
V2/T2=V2/(37+273)=V2/310
よって,1/60=V2/310
V2≒5.2〔L〕
風船の中の気体が温められたから,少しだけ膨張して,5 Lから5.2〔L〕になったってわけね。これがシャルルの法則か。当たり前の結果だね!
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