この実験について
シリンダー内の理想気体の圧力と体積の関係を調べましょう。温度一定モードでは、ピストンを動かして等温線をたどります。体積一定モードに切り替えると、圧力-体積図の垂直線に沿って気体を加熱または冷却できます。点は気体の量を模式的に示しています。これは分子の衝突をシミュレーションするものではなく、平衡状態の計算です。
学習目標
- 圧力と体積の単位をそろえて理想気体の状態方程式を適用する
- 温度と気体の量を一定にして、ボイルの法則を確かめる
- 圧力-体積グラフで、等温変化と体積一定の変化を比較する
使い方
- 1300 K、1 molのとき、20 Lでの圧力を読み取ります。
- 2温度一定モードで体積を半分にし、圧力とPVの積を比較します。
- 3体積一定モードに切り替えます。温度を2倍にして、P/Tを比較します。
- 4体積と温度を一定に保ったまま気体の量を変えます。圧力比を予測して確かめます。
モデル
前提条件
- 気体は理想気体であり、分子の体積は無視でき、分子間力はありません。
- 表示されるすべての状態は、熱的・力学的に一様な平衡状態です。過渡的な加熱やピストンの加速は無視します。
- 圧力は絶対圧力で、温度はケルビン単位です。また、1 kPa L は 1 J に相当します。
- 気体の量を変えると、新たな平衡状態との比較が選択されます。これは注入過程をシミュレーションするものではありません。
授業で試してみましょう
- Q1300 K の 1 mol の気体は、20 L の容器内でどのくらいの圧力を及ぼしますか？
- Q2圧力比を比較するとき、なぜ温度はケルビンで測る必要があるのですか？
- Q3圧力-体積グラフで経路が垂直になるのはどの過程ですか？また、なぜですか？
よくある質問
体積が減少すると、なぜ圧力が上昇するのですか？
温度と気体の量が一定のとき、理想気体の状態方程式は P = nRT/V を与えます。したがって、体積を半分にすると圧力は2倍になります。
温度スライダーと体積スライダーのうち、動かせるのが一方だけなのはなぜですか？
選択した過程では、1つの変数が固定されます。過程を切り替えると、現在の平衡状態を保ったまま、調整可能な変数が変わります。