危険物の蒸気も気体の一種です。温度が上がると気体はどう変化するのか。ボイルの法則・シャルルの法則で、気体の体積・圧力・温度の関係をつかみましょう。
黒崎 サニー
気体って、あたためると膨らむよね?
それってなにか法則があるの?
緑川 カナ 先生
あるわよ。
まず温度を一定にしたとき、気体の体積は圧力に反比例するの。
これがボイルの法則よ。
押して圧力を2倍にすると、体積は半分になるの。
麦倉 ふわり
ぎゅっと押すと小さくなるってことですねぇ。
じゃあ温めるとどうなるんですかぁ?
栗原 せな
圧力を一定にしたとき、気体の体積は絶対温度に比例します。
これがシャルルの法則です。
温度が上がると体積が増える、という関係ですね。
黒崎 サニー
絶対温度って、ふつうのセ氏温度とは違うの?
緑川 カナ 先生
違うのよ。絶対温度(単位はケルビン、K)は、セ氏温度に273を足したものなの。
0度Cは約273K、というふうにね。
気体の法則を計算するときは、必ず絶対温度を使うのがポイントよ。
栗原 せな
ボイルとシャルルを合わせると、気体の体積は圧力に反比例し絶対温度に比例する、というボイル・シャルルの法則になります。
温度・圧力・体積の3つが絡む問題はこれで解けますね。
麦倉 ふわり
危険物とはどうつながるんですかぁ?
緑川 カナ 先生
たとえば密閉した容器に液体の危険物をいっぱいに詰めると、温度が上がったとき液も蒸気も膨張して、容器が破損する危険があるの。
だから容器には必ず空間を残すのよ。
気体の膨張を理解すると、貯蔵の注意点も腑に落ちるわ。
黒崎 サニー
ボイルは圧力に反比例、シャルルは絶対温度に比例、計算はケルビンで!
温めると膨らむのにはちゃんと理由があったんだね。
緑川 カナ 先生
そのとおり。
法則の名前と比例・反比例の関係、絶対温度を使うことをセットで覚えておきましょう。
確認クイズ
気体の性質に関する記述として、正しいものはどれか。
- 温度一定のとき、気体の体積は圧力に比例する
- 圧力一定のとき、気体の体積は絶対温度に比例する
- 絶対温度はセ氏温度から273を引いた値である
- 気体は温度を上げても体積は変化しない
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正解: 2. 圧力一定のとき、気体の体積は絶対温度に比例する
正解は2。圧力一定では気体の体積は絶対温度に比例します(シャルルの法則)。温度一定では体積は圧力に反比例(ボイルの法則)なので1は誤り。絶対温度はセ氏温度に273を足す値なので3も誤り。温度上昇で気体は膨張するため4も誤りです。