気体は圧力や温度で体積が変わります。消火器の加圧ガスにも関わる、ボイルの法則とシャルルの法則を学びます。
麦倉 ふわり
ふぇぇ〜、風船を手で押すと小さくなるのは、空気が縮んでるからですかぁ？
緑川 カナ 先生
そうなの、ふわりちゃん。
それを表すのがボイルの法則よ。
温度が一定のとき、気体の体積は圧力に反比例するの。
栗原 せな
補足すると、圧力を二倍にすると体積は二分の一になります。
圧力×体積が一定に保たれる、という関係ですね。
黒崎 サニー
自転車の空気入れを指でふさいで押すと、押し返してくるのもこれか！
圧力を上げると体積が縮もうとするんだね。
緑川 カナ 先生
いい例ね。
もう一つ、温度に関する法則もあるのよ。
麦倉 ふわり
ふぇぇ〜、温めるとどうなるんですかぁ？
緑川 カナ 先生
シャルルの法則ね。
圧力が一定のとき、気体の体積は絶対温度に比例するの。
温めると膨らみ、冷やすと縮むのよ。
栗原 せな
ここで大切なのは、日常の摂氏温度ではなく絶対温度で考える点です。
絶対温度の単位はケルビン(K)ですね。
黒崎 サニー
へこんだピンポン玉をお湯につけると膨らんで戻るの、あれがシャルルの法則か！
要は温めると気体が膨らむってことね。
緑川 カナ 先生
その通り。
そして二つをまとめたのがボイル・シャルルの法則で、気体の体積は圧力に反比例し、絶対温度に比例するの。
消火器の加圧ガスの挙動もこれで説明できるのよ。
麦倉 ふわり
圧力と温度で体積が変わる…えへへ、なんとなくつかめましたぁ。
確認クイズ
温度一定で、圧力100kPa・体積2Lの気体を、圧力200kPaに変えたときの体積はいくらか。
- 0.5 L
- 1 L
- 2 L
- 4 L
こたえを見る
正解: 2. 1 L
正解は2。ボイルの法則より圧力×体積は一定です。100kPa×2L=200なので、圧力200kPaのときの体積=200÷200=1Lです。