PV=nRT

質問

中学では雲ができる仕組みを習うとき、空気が膨張すると温度が下がって露点に達し雲ができると習いました。しかし、PV=nRTから気圧、モル数が一定ならば体積が大きくなれば温度は上がると思うんですが、この矛盾は何なんですか？

回答No.1

noname#62864

空気が膨張するということは、外部に対して仕事を行うことになります。
つまり、圧力と増加した体積の積に相当する仕事をすることになり、それに必要なエネルギーは気体の内部エネルギーから供給されることにあります。
そうすると、その分だけ内部エネルギーが減少し、温度が低下することになります。

＞しかし、PV=nRTから気圧、モル数が一定ならば体積が大きくなれば温度は上がると思うんですが、この矛盾は何なんですか？
T=PV/nR において、Vが大きくなり、Pが一定であるならば確かにTは大きくなります。ただし、そのためには外部からエネルギーが供給される必要があり、現実にはそれが難しいということがあります。つまり、気体は熱を伝えにくいですし、自然現象であれば広範囲で起こりますのでなおさらです。
また、そもそも空気が膨張するのは、圧力が下がるからであり、上記の「Pが一定」という条件は満たされていません。

お礼

ありがとうございました。よくわかりました。反応ギブズエネルギーから考えるとわかりやすいのでしょうか。