ゲイ・リュサックの法則

ゲイ・リュサックの法則 またはアモントンの法則 質量と体積が一定の条件下では、理想気体の絶対温度と圧力は正比例すると述べています。つまり、密閉容器内の気体を加熱すると圧力が上昇し、冷却すると圧力が低下します。これが起こる理由は、温度の上昇がガス分子に熱運動エネルギーを与えるためです。温度が上昇すると、分子はより頻繁に容器の壁に衝突します。衝突の増加は圧力の増加と見なされます。

この法則は、フランスの化学者で物理学者のジョゼフ・ゲイ＝リュサックにちなんで名付けられました。 Gay-Lussac は 1802 年に法則を策定しましたが、これは 1600 年代後半にフランスの物理学者 Guillaume Amonton によって記述された温度と圧力の関係の正式な声明でした。

ゲイ・リュサックの法則は、質量と体積が一定であると仮定すると、理想気体の温度と圧力は正比例すると述べています。

ゲイ・リュサックの法則の 3 つの一般的な式は次のとおりです。

P ∝ T
(P₁ /T₁ ) =(P₂ /T₂ )
P₁ T₂ =P₂ T₁

P は圧力を表し、T は絶対温度を表します。ゲイ・リュサックの法則の問題を解くときは、必ず華氏と摂氏の温度をケルビンに変換してください。

圧力対温度のいずれかのグラフは、原点から上に向かって伸びる直線です。直線は正比例関係を示します。

日常生活におけるゲイ・リュサックの法則の例

日常生活におけるゲイ・リュサックの法則の例を次に示します。

タイヤの空気圧 :自動車のタイヤの空気圧は、寒い日には低下し、暑い日には上昇します。タイヤが冷えているときに空気を入れすぎると、タイヤが熱くなったときに過圧になる可能性があります。同様に、タイヤが熱いときに適切な圧力を読み取っていれば、寒いときには空気圧が不足しています。
圧力鍋 :圧力鍋に熱を加えると、デバイス内の圧力が上昇します。圧力を上げると水の沸点が上がり、調理時間が短縮されます。容器が密閉されているため、蒸気で風味が空気中に失われることはありません。
エアゾール缶 :エアゾール缶を高温の状態で保管したり、焼却処分したりしてはならない理由は、缶を加熱すると内容物の圧力が上昇し、缶が破裂する可能性があるためです。
給湯器 ：電気温水器は圧力鍋によく似ています。圧力逃がし弁が蒸気の滞留を防ぎます。バルブが故障すると、熱によってヒーター内の蒸気圧が上昇し、最終的に破裂します。

Gay-Lussac の法則の例の問題

例 #1

エアゾール消臭剤の圧力は、25 °C で 3.00 気圧です。温度 845 °C での缶内の圧力は?この例は、エアゾール缶を焼却してはいけない理由を示しています。

まず、摂氏温度をケルビンスケールに変換します。
T₁ =25°C =298K
T₂ =845 °C =1118 K

次に、数値をゲイ・リュサックの法則に当てはめ、P₂ を解きます。 .

P₁ T₂ =P₂ T₁
(3.00 気圧)(1118 K) =(P₂ )(298K)
P₂ =(3.00 気圧)(1118 K)/(298 K)
P₂ =11.3気圧

例 #2

ガスボンベを 250 K に加熱すると、圧力が 2.0 気圧に上昇します。ガスが大気圧 (1.0 気圧) で始まったと仮定すると、その初期温度は何度でしたか?

P₁ T₂ =P₂ T₁
(1.0 気圧)(250 K) =(2.0 気圧)(T₁ )
T₁ =(1.0気圧)(250K)/(2.0気圧)
T1 =125K

気体の絶対温度を 2 倍にすると、圧力が 2 倍になることに注意してください。同様に、絶対温度を半分にすると圧力も半分になります。

その他のゲイ・リュサックの法則とアモントンの法則

ゲイ・リュサックは、すべての気体は一定の温度と圧力で同じ平均熱膨張率を持つと述べました。言い換えれば、ガスは加熱されると予想どおりに振る舞います。この法則はゲイ・リュサックの法則と呼ばれることもあります。

通常、「アモントンの法則」とはアモントンの摩擦の法則を指し、比例定数 (摩擦係数) を仮定すると、任意の 2 つの材料間の横方向の摩擦は通常の負荷に正比例すると述べています。

参考文献

バーネット、マーティン K. (1941)。「温度測定の簡単な歴史」。 Journal of Chemical Education 、18 (8):358. doi:10.1021/ed018p358
Castka, Joseph F.;メトカーフ、H.クラーク。デイビス、レイモンドE。ウィリアムズ、ジョン E. (2002)。 現代化学 .ホルト、ラインハート、ウィンストン。 ISBN 978-0-03-056537-3.
Crosland, M. P. (1961). 「気体の体積を結合するゲイ・リュサックの法則の起源」. 年鑑、17 (1):1. doi:10.1080/00033796100202521
Gay-Lussac, J. L. (1809). 「Mémoire sur la combinaison des materials gayuses, les unes avec les autres」（ガス状物質同士の結合に関する回顧録）。 Mémoires de la Société d’Arcueil 2:207–234。
ティペンズ、ポール E. (2007)。物理（第7版）。マグロウヒル。 386–387.