さまざまな状況での気体粒子の運動とその体積








このシミュレーションでは表す数値は、絶対的な値ではなく、相対的な増減するかどうかを調べるためのものです。したがって、別の単位表示はありませんでした。

気体の性質

気体は見ることもなく、触ることもできないので、気体の本質を理解するためには、少しの想像が必要です。ほとんどの日常生活の中で人々は、空気の認識をしていない場合がほとんどです。まさにこの点が気体を理解するのは難しいことです。
気体には、次のような性質があります。

1.気体は、容器の一箇所に集めて置いても、すぐに広がり、容器全体を均一に満たしてしまいます。
2.気体は、液体や固体に比べて簡単に圧縮されます。
3.気体分子は、液体や固体に比べて、互いに遠く離れています。
4.気体分子は互いに引力がほとんどありません。

気体分子の運動と気体の圧力

ゴム風船を吹く、風船の中に空気が入る、ゴム風船がぴんと張ってなるので、空気が押し出す力を感じることができます。ゴム風船の中の気体分子は絶えず運動しながら、ゴム風船の壁面や分子同士の衝突します。この時、気体分子がゴム風船の壁面に衝突する力が圧力として作用して、ゴム風船がぴんと張っています。
一方、ゴム風船に空気をたくさん吹き込むほど、ゴム風船はますます大きくなります。これはゴム風船の中に気体分子が多くなるほど、ゴム風船の壁に分子が多くの衝突するので、ゴム風船の壁に大きな圧力が作用するからです。このように気体分子が絶えず動かしながら容器の壁面に衝突するので、気体の圧力が表示されます。

理想気体の状態方程式

気体の状態を式で表すために、次の4つの変数が使用されます。

1. 圧力(P)
2. 体積(P)
3. 気体分子の数(n)
4. 温度(T)

閉じた系(closed system)で4つの変数の間の関係は、次のとおりです。

1. 気体分子の数(n)が増加すると、圧力(P)または体積(V)が増加します。
2. 温度(T)が上がると圧力(P)または体積(V)が増加します。
3. 気体分子の数(n)と温度(T)が一定の場合には、圧力(P)と体積(V)は、互いに逆の関係にあります。

上記の関係は、一つの比例式で表現することができます。

P V ∝ n T

比例定数を導入すると、次のように表現することができます。

P V = n R T

P:気体の圧力(atm)
V:気体の体積(L)
n:気体分子の数(モール、mol)
R:比例定数(=0.082)
T:気体の温度(絶対温度、K)

上記の公式は、「理想気体の状態方程式」として知られています。

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