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5分でわかる!シャルルの法則

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この動画の要点まとめ

ポイント

シャルルの法則

熱力学6 ポイント1 全部 空欄埋める

これでわかる!
ポイントの解説授業
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温度T[K]が一定のとき、体積V[m3]は圧力P[Pa]に反比例する という ボイルの法則 について学びました。今回は、気体の温度T[K]と体積V[m3]の関係に着目した シャルルの法則 という新しい法則をみていきます。

圧力が一定ならシャルルの法則

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具体例をもとに考えていきましょう。シリンダーにピストンが取り付けられており、ピストンにおもりが乗っているとイメージしてください。

熱力学7 ポイント1 図 矢印よりも左側部分のみ VをV0に修正

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シリンダーの中には0[℃]の体積V0[m3]の気体を封じ込めます。この状態から圧力を一定に保ったまま、温度を上げていきます。

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温度が上がるとどうなるでしょうか?実は、シリンダー内の気体の体積が増えるのです。温度が0[℃]からt[℃]まで上がったとき、体積はV0[m3]からV[m3]まで増加したとします。この関係について、縦軸に体積、横軸に温度をとってグラフに表すと下のようになります。

熱力学6 ポイント1 グラフ

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体積Vと温度Tのグラフは比例関係にある ことがわかりますね。実験の結果から、グラフの直線の傾きは V0/273 となることがわかっています。つまり、温度が1[℃]上がるごとに、体積は V0/273[m3] ずつ増えるのです。

熱力学6 ポイント1 グラフ

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したがって、温度が0[℃]からt[℃]まで上がったときの体積の増加分は(V0/273)×tとなります。
この関係を式で表すと
V=V0+(V0/273)×t=V0×(1+t/273)
t[℃]は摂氏温度です。さらに、この式を 絶対温度 で書き改めると下のようになります。

熱力学6 ポイント1 Vの式(絶対温度)くまのまとめ

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このように、 体積Vが温度Tに比例する法則シャルルの法則 と言います。ちなみに温度が−273[℃]、つまり0[K]の絶対零度のときは、体積が0となります。

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

シャルルの法則
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