ボイルシャルルの法則の実験、高校物理（初学者）

質問

(1)ボイルの法則の実験
シリンダーに気体をいれ、ピストンを引くと、温度は下がるので、少し放っておく、すると、温度は一定になる。体積は上昇し、内部の気体の圧力は減少する。
(2)シャルルの法則の実験
シリンダーに気体を入れ、加熱すると、気体はピストンを動かすが、外圧と、内圧は釣り合ったままなので、気体の圧力は変化しない。
（疑問）
(1)では気体の圧力は変化し、（減少した）(2)では変化しなかった（外圧＝内圧のまま）のはなぜでしょうか？

回答No.3

NemurinekoNya · ベストアンサー

付け足しです。

内圧、外圧ともに、圧力の大きさなので、取れる値は不ではない実数です。０以上。
そして、その値の前にプラスやマイナスをつけて方向を表わす、
という流儀で、NO1、NO2ともに書いてあります。

ですから、高校の物理の教科書と違った流儀を使っているかもしれません。

補足

変な事を聞くようですが、この内圧、外圧のつり合いの式は、とりあえずのところこの事象の知識単体でおぼえておけばよいのでしょうか？(このような実験が出たとき、内圧外圧が考えられるようにしておくということ）
なにか、一般化できる知識や考えはありますか？あれば教えてください。
初心者なので、物理全体が見渡せておりません。助言お願いします。

回答No.4

teppou

(1) では、ピストンを引いたままですので、圧力は低くなります。
　ピストンを引く力がなくなると（手を離すと）、ピストンは元に戻り、圧力も元に戻ります。

　たくさんの質問をしていますが、状況をしっかりイメージして、考えれば答えが出る質問が多いです。
　文章で考えるのではなく、イメージすることを心掛ければもっと理解が進むのではないでしょうか。
　ちなみに、イメージで考える事を「思考実験」と言います。

回答No.2

NemurinekoNya

この釣り合いの式は、力の向きは考えいません。
力や圧力の大きさの釣り合いの式です。
そして、シリンダーの外向きの力を左辺、内側向きの力を右辺に取っています。
膨張の方向が→ならば
　内圧→
　外圧←
と力や圧力の向きは反対となります。

左辺は→、右辺は←の方向の力としているので、
力の向きは考えてはいるのですがね。
ですから、
　内圧 ＝ 外圧
　内圧 - 外圧 = 内圧 + (-外圧) = 0
と、ベクトル的に書くこともできます。
そして、この時は、膨張側→の向きの力、つまり、→の力を正と考えればいい。

回答No.1

NemurinekoNya

☆(1)では気体の圧力は変化し
◇ピストンが速度一定で動くとき、
力の釣り合いを書くと
　内圧×シリンダの断面積 + ピストンを引く力 ＝　外圧×シリンダの断面積
という関係があるんですよ。

ですが、
☆(2)では変化しなかった（外圧＝内圧のまま）のはなぜでしょうか？
◇の場合は、ピストンを引く力＝０になります。
ですから、
力の釣り合いの式は
　内圧×シリンダの断面積　＝　外圧×シリンダの断面積
　内圧　＝　外圧
となります。

シャルルの実験では、どのような実験を行ったのかよくわからないのですが、たぶん、こういうことです。

熱力学、何だかよくわからないでしょ。いくら勉強をしても、わかった気がしないでしょ。
これはみんな同じ。熱力学は、みんなの嫌われ者！！
みんな、熱力学には泣かされる！！

高校生向けに熱力学（？）をわかりやすく書いてあるサイトを紹介します。
読み物感覚で読んでください。
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/4-3-0-0/4-3-2-1boirusyaruru.html

これを読んだら、一番下にある［次項］へをクリック！！
全部で三ページあります。

熱力学以外の、高校の物理で習う内容はここにすべて書いてありますよ。
トップページは
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/index.html

補足

内圧×シリンダの断面積 + ピストンを引く力 ＝　外圧×シリンダの断面積
とのことですが、力の方向を考えているのでしょうか?
初心者なので、詳しく教えてくださればうれしいです。