体積と圧力と温度の関係

現実の気体の体積と圧力の積は絶対温度に比例しますか？

No.4 回答者： 91091 回答日時： 2007/11/17 00:10

歴史的には、比熱が温度によって一定ではないことが、重要と思われます。

（状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴのｎＲは比熱のことですね）
古典物理学の破綻として、最初に実験と理論が異なることが示された例だそうです。
量子力学の出現によって、ようやく説明することが可能になりました。

No.3 回答者： htms42 回答日時： 2007/11/15 18:23

体積と圧力の積が絶対温度に比例するというのを表している式は

状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴです。
この式はボイルの法則（１６６２年）、シャルルの法則（１７８７年）、アボガドロの法則（１８１１）を含んでいます。

ボイルの法則、シャルルの法則は現実の気体についての実験から導き出されたものです。水素も酸素も窒素も現実の気体（実在する気体）です。発見されたのはかなり後のことですがヘリウムやネオン、アルゴンも実在する気体です。これらの気体について実用上充分な精度で成り立ちます。当時のこと（現在でも普通の生活レベル）で言えば圧力は１０気圧程度以下でしょう。温度もせいぜい１００℃程度まででしょう。大体２００℃とか３００℃を図る温度計などなかったはずです。１００度までの体積変化をもっと高温に延長するということで温度を測ることができます。シャルルの法則がもっと高温で成り立つとしていることになります。

理想気体という気体はありません。実在気体で成り立つからこそ法則が導き出されたのです。この点を抑えておいて欲しいと思っています。
常温、常圧から大きくはずれた条件でも当てはまるかということが調べられ始めたのはずっと後のことです。ＰＶ＝ｎＲＴを修正した式で有名なファンデルワールスがノーベル賞をもらったのが１９１１年ですからどれくらい時代がずれているかが分かると思います。
質問するとしたら「実在気体で当てはまるのはどういう温度、圧力範囲か？」という内容になると思います。教科書にはどの条件でも常にこの状態方程式を満たすと考えられる気体を「理想気体」と呼ぶと書いてあると思います。
温度を下げれば気体は気体でなくなって液体に変わります。気体の法則が当てはまらなくなるのは質問しなくても分かる内容です。圧力を加えると沸点よりも高い温度で液体に変えることができるということも知られていますから高圧ではだめになるだろうということも予想できます。
液体になる条件と逆の条件では良く成り立つだろうということも予想できます。このことから高温とはどれくらいの温度のことかも推測できます。沸点よりも高い温度です。常温で気体の物質であっても沸点が－５０℃の物質よりは沸点が－２００℃の物質の方がよく当てはまるのです。
＃２に書かれている２つの条件
(1)分子間力はなし。
(2)分子サイズはゼロ。
は法則の成り立っている前提をまとめたものです。
分子と分子の距離が大きくなれば(2)は実質上満たされます。分子の運動エネルギーが大きくなれば分子間に働く引力の影響は小さくなります。温度が一定のときは圧力が小さい方が、圧力が一定のときは温度が高い方がよく成り立ちます。
太陽は気体だそうです。密度の大きい気体です。温度が高いので気体として存在できているのです。

No.2 回答者： 12125j 回答日時： 2007/11/15 08:14

PV=RTが成立する理想気体では2つの条件が仮定されています。

(1)分子間力はなし。
(2)分子サイズはゼロ。

現実の気体では上記2つの条件が成立しないため、PV=ZRTとなります。
Zは圧縮係数と呼ばれ、気体の種類・温度・圧力による係数です。

上記は分子間力と分子サイズを考慮した状態方程式の内、
最も簡単なものであり、他にも数種の状態方程式があります。

No.1 回答者： B_one 回答日時： 2007/11/15 07:54

PV=nRT

上式は理想気体でのみ適用されます。
現実の気体では、圧縮や冷却により液化してしまったり、
分子間の相互作用により適用されません。
ただし、ある狭い範囲でならば、近似的に適用されます。

詳細は下記ＵＲＬを参照してください。

参考URL：http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2005/ …