気体の圧力と温度の関係は、ゲイ=リュサックの圧力温度法則で述べられています。
この法則は、一定の体積に保たれた一定質量の気体の圧力(P)は、そのケルビン温度(T)に方向的に比例することを述べています。
したがって、ある系の圧力が上がれば、その系の温度も上がり、逆もまた真なりということになる。
気体の法則は、圧力、体積、温度、量に対する気体の挙動を記述している。
気体は、物質の状態の1つで、非常にきつく圧縮されているか、または大きな空間を満たすように膨張しています。
圧力とは
圧力とは、物体に接触しているものによって与えられる連続的な物理的力です。
単位面積あたりの力として計算される。
真空に囲まれた気体の密閉された部屋を考えたとき、気体が部屋の壁に及ぼす圧力は3つの要素に依存する。
それらは、チャンバー内のガスの量、チャンバーの容積、ガスの温度です。
他のパラメータが一定の場合、チャンバー内の圧力はチャンバー内のガス量に正比例し、チャンバーの体積に反比例し、チャンバー内のガスの温度に正比例します。
圧力は図1のように定義されている。
図1: 圧力
大気圧は、上空の空気の重さによって生じる。
海面では105Paです。
温度とは
温度とは、物質や物体の中に存在する熱の度合いのことである。
特定のシステム内に含まれる内部エネルギーを表す。
温度は、さまざまな測定単位で校正された温度計で測定することができる。
温度測定に最も広く使われているのはセルシウススケールで、単位は「℃」です。
また、国際単位系(SI)に基づく温度の単位はケルビン(K)です。
図2に温度計を示す。
図2:温度計
理論的に最も冷たい温度である絶対零度では、物質中の粒子の熱運動は最小となる。
絶対零度は0Kであり、-273.14℃です。
圧力と温度の関係とは
圧力と温度の関係は、気体について説明します。
圧力と温度の関係を記述した気体の法則として、ゲイ=リュサックの法則があります。
これは、一定の体積において、ある特定の気体の一定量の圧力は、そのケルビン温度に正比例することを述べている。
と書くことができる。
- P ∝ T、または
- P/T = k (kは定数)、または
- P1/T1=P2/T2
図3: 圧力と温度の関係
ある系の温度が高くなると、気体中の分子の動きが速くなり、気体容器の壁に大きな圧力がかかるようになります。
つまり、その系の圧力が高くなる。
温度が下がれば、圧力は下がります。
したがって、体積が一定の場合、ある気体の圧力は温度に正比例します。
結論
一定量の気体の圧力は、一定量の体積における温度に正比例します。
系の温度が上がれば圧力も上がり、逆もまた然りです。
気体の圧力と温度の関係は、ゲイ=リュサックの法則で示される。