理想気体とシャルルの法則

質問

理想気体とシャルルの法則をそれぞれ調べたんですが、その関係があまりよくわかりません。
なぜ理想気体が分子間力や分子の大きさなどを無視できるとシャルルの法則が成り立つのでしょうか？できれば、ヒントを教えてくれませんか？お願いします。

回答No.2

shkwta · ベストアンサー

まず、箱に気体分子が入っていて飛び回っているところを考えてください。分子が壁にぶつかることで圧力が発生します。また、箱の体積が小さくなると、衝突頻度が増えて、圧力が増えることがわかります。ここで、分子の大きさと分子間力がないものとして計算すると、
「分子の平均運動エネルギーは、圧力×体積　に比例する」（ア）
ということが示せます。詳しい計算はここに載っています。
http://www.kamikawas.com/webtext/ib/ktogases/gas.htm

つぎに、
「絶対温度は、分子の平均運動エネルギーに比例する」（イ）
これを示せば、（ア）とあわせてシャルルの法則が出ます。
しかし、（イ）は温度の定義がからむ複雑な問題です。高校までなら、とりあえず温度とは（イ）で表されるものだと思っておいたほうがいいかもしれません。なぜ（イ）が成立するかについての解説は次にあります。
http://homepage3.nifty.com/iromono/PhysTips/maxtemp.html
http://homepage3.nifty.com/iromono/PhysTips/maxtemp2.html

なお、分子間に引力が働くと、その引力のために理想気体として計算されるものより体積が縮みます。また、分子に大きさがある場合は、分子が占める体積は分子が運動できる空間として有効ではないので、その分だけ体積が増加します。

お礼

分かりやすい解答ありがとうございます。今まであまりしっくりこなかったのですが、ようやく理解することができました。

回答No.1

noname#9433

質問の意味がよくわかりません。理想気体が分子間力や分子の大きさなどを無視できるとシャルルの法則が成り立つのではなく、そもそも理想気体というものが分子間力と分子の体積を考えないものです。
ご質問が「なぜ実在気体の分子間力や分子の体積を無視できるとシャルルの法則が成り立つのか」という意味であれば、それはイメージすることが重要だと思います。
分子間力を考えてしまうと、分子同士は引き付け合おうとするわけですから、分子間力を考えないときより体積は小さくなってしまいます。
分子の体積を考えてしまうと、分子の体積を考えていない時よりも分子が自由に動き回れる空間が小さくなってしまいます。
ということで、分子間力や分子の体積を無視したときと無視しなかったときとでは話が違ってきます。
分子間力がなかったり、分子に体積がないなんてことはありえないので実在しえない「理想的な気体」なんです。
「理想気体として考えると」というのは、分子間力や分子の体積を考えなくても良い状態、つまり高温低密度の状態です。高温というのは分子が高速で動いているのですから、なんとなく分子間力を無視できることがイメージできませんか？低密度だと分子同士が近くにいないので、分子間力を無視できるうえに、分子同士がぶつかることがなく動き回るスペースを制限されないということをなんとなくイメージしてみてください。

お礼

分かりにくい質問ですみませんでした。理想気体が高温低密度の状態に似ていることなどとてもよくわかりました。とても分かりやすく説明してくれてありがとうございます。