物理学の質問です。
ある参考書にて、気体の温度は高ければ膨張し、低ければ収縮することとー273℃まで落とすと物質内の分子が運動しなくなるということを学びました。
本題はここからで参考書内では例えとして「自由に動けるピストンのついたシリンダーケース」というのが出てくるのですがいまいち理解できませんでした。これの左側と右側の部屋にそれぞれ同じ温度の空気を入れて、左側の温度を下げれば右側の空気に押されて最終的に左側はぺしゃんこになるそうです。言ってることはわかるのですがいまいちイメージできなくてモヤモヤしてます。
熱力学に詳しい方でこれらの分かりやすい例えを教えてはもらえないでしょうか?
よろしくお願いします。
No.2ベストアンサー
- 回答日時:
>左側の温度を下げれば右側の空気に押されて最終的に左側はぺしゃんこになるそうです。
「左側の温度を下げれば右側の空気に押されて」の部分は良いですね?
飲みかけのペットボトルを冷蔵庫に入れておくと、ペットボトルがつぶれますよね? 経験したことがあるでしょう?
室温でペットボトル内に入った空気が、冷蔵庫で冷やされて体積が小さくなったからです。
納得できないのは、「最終的に左側はぺしゃんこになる」ということですか?
それは無理もないことですね。
現実に「絶対零度(-273℃)」を経験することはありませんから。
気体の「圧力」とは、要するに「気体分子の運動エネルギー」(正確には「運動量」)によるものです。
水を冷やせは 0℃ 以下で凍るように、気体も温度を下げれば「液体」に、そしてやがては固体になります。
酸素は -183℃ で液体に、-219℃ で固体になります。
窒素は -196℃ で液体に、-210℃ で固体になります。
こんな世界はなかなか見られませんが、いろいろなものを低温凍結させておくために、よく「液体窒素」などが使われているのはご存じですよね。
そして、「絶対零度」(-273℃)では、分子の運動エネルギーが 0 になります。つまり「これ以下の温度は存在しない」状態になります。
このように、「シリンダーの左側の気体」も、-200度を超えたところで液体になり、絶対零度では固体になっています。もちろん「液体」や「個体」でも体積は 0 ではありませんが、気体に比べると圧倒的に小さい体積です。水の場合には、気体(水蒸気)が水になると体積は 1/1700 になるそうです。
このため、「シリンダーの左側はぺしゃんこになる」のです。
私も、そういう光景を見てみたいものです。
No.1
- 回答日時:
理想気体の話ですよね?
この(気体)分子は
・体積がない
・分子同士が互いに相互作用を示さない
のような仮想の分子を想定しています。
ですから、絶対零度になって運動が止まると体積が0(ゼロ)になるのです。
なので、実際にイメージできる現実の例を挙げることはできません。
しかし、実際に存在する気体でも
・占有する体積に対して、その分子の体積が無視できるほど小さい
・分子同士が十分に離れているので、ほとんど相互作用はない
などの条件を満たすことによって、ほとんど理想気体と同じように取り扱うことができるのです。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 物理学 物理の問題が分かりません。 解説よろしくお願い致します。 ピストンのついた容器に一定量の気体を入れ、 2 2023/06/20 19:46
- 物理学 熱の流れ 5 2022/12/14 21:24
- 工学 冷凍機 凝縮器 凝縮温度について 2 2022/09/29 23:06
- 化学 温度変化に伴う圧力と体積の変化について 2 2022/07/25 17:21
- 物理学 『絶対真空温度』 5 2022/04/25 09:55
- 工学 熱交換器の問題が意味わかりません。 平成27年問3の問題です。高温側と低温側が同一流体で、比熱が一定 2 2023/07/11 11:41
- 物理学 物理の熱力学の第一法則の問題です。 なめらかに動く軽いピストンがついたシリンダー内に気体が閉じ込めら 1 2023/06/20 19:45
- 物理学 物理 7 2023/08/05 11:51
- 化学 引火性物質の蒸気圧について 0 2023/02/16 20:19
- 化学 こんにちは、昨日もこのような質問を上げたんですが、 また知りたいことがあるので投稿いたします。 引火 1 2023/02/19 23:11
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
流量単位 Nm3→m3換算
-
冷凍機 液バックについて
-
気圧が低いと、なぜ放電しやす...
-
温かい水が下に行かない理由
-
人間の入れる風呂の最高温度は...
-
暖かくor温かく?
-
太陽は熱くない。NASAが測定し...
-
L*a*b*表色系の「*」の意味
-
新幹線のレールはシームレス?
-
次の表現をドイツ語で
-
泥団子を焼成すると?
-
はんだごてを出すのがめんどく...
-
蒸気の断熱膨張について教えて...
-
同じ量の100℃の熱湯と0℃の水を...
-
ヌセルト(ヌッセルト)数の経...
-
熱力学:バネのヘルムホルツエ...
-
2つの物質の比重が同じならば...
-
理科についてです。気圧が下が...
-
金属部品の熱変形
-
銅マグカップは冷たい飲み物の...
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
冷凍機 液バックについて
-
流量単位 Nm3→m3換算
-
太陽は熱くない。NASAが測定し...
-
L*a*b*表色系の「*」の意味
-
気圧が低いと、なぜ放電しやす...
-
空気の熱膨張について教えてく...
-
理科についてです。気圧が下が...
-
暖かくor温かく?
-
真空中で水はいったい・・・・
-
フランジのホット/コールドボ...
-
F値の求め方
-
お湯を沸かしている鍋底は100度...
-
水350gはなん㍑?
-
1リットルは何キログラム
-
水温は気温より何℃低いか
-
銅マグカップは冷たい飲み物の...
-
1気圧は1013hPaと言い...
-
圧縮空気が大気放出されると凍...
-
ヌセルト(ヌッセルト)数の経...
-
比熱と熱伝導率の温度特性について
おすすめ情報