ガス法 - ボイルの法則 - 法の声明|物理

気体の法則は、熱力学の最も基本的な法則です。それらは、原子と分子のエネルギーレベルが温度、圧力、および化学環境によってどのように変化するかを説明しています。また、システムがある状態から別の状態に移行するときに、これらがどのように変化するかについても説明します。これらの法則は、特定の条件下での材料の特性を予測するためによく使用されます。ボイルの法則について詳しく説明しましょう:

ボイルの法則とは

法律の声明

ボイルの法則は、一定温度での気体の圧力と体積の関係を表しています。ガスの体積は、一定温度でのガスの圧力に反比例します。

ボイルの法則式の方程式は次のとおりです。

V ∝ 1/P

または

P ∝ 1/V

または

PV =K1

V はガスの体積、P はガスの圧力、K1 は定数を表します。ボイルの法則は、ガスの現在の圧力または体積を計算するために使用でき、次のようにも知られています。

P1V1 =P2V2

ボイルの法則の図解

気体の体積と圧力の関係は、ボイルの法則として次のように数学的に表すことができます (質量と温度が一定の場合)。

P ∝ (1/V)

気体が及ぼす圧力は P で、気体が占める体積は V です。この比例関係に定数 k を加えることで、式に変換できます。

P =k×(1/V) ⇒ PV =k

気体が及ぼす圧力 (P) を Y 軸に、気体が占める体積の逆数 (1/V) を X 軸にプロットすると、直線が形成されます。

微分とボイルの法則の公式

ボイルの法則によると、(一定の量と温度で) 気体が満たす体積が変化すると、その圧力に差が生じます。別の言い方をすれば、気体の初期圧力と初期体積の積は、気体の最終圧力と最終体積の積に等しくなります (温度とモル数が一定の場合)。この法則は、次のように数学的に表すことができます:

P1V1 =P2V2

ここで、

P1 はガスの開始圧力を指します。

V1 はガスの初期占有量です。

P2 はガスの到達圧力を表します。

ガスで満たされた最終的な体積は V2 です。

ボイルの法則式は、圧力と体積の関係を示唆しており、このフレーズを得るために使用される可能性があります。一定温度で一定量のガスの PV =k。したがって、

P1V1 =k (初期圧力 × 初期体積)

P2V2 =k (最終圧力 × 最終容量)

∴ P1V1 =P2V2

ガスの容器の容積が減少すると、この方程式を使用して、ガスが容器の壁に及ぼす圧力の増加を予測できます (その量と絶対温度は変化しません)。

ボイルの法則の例

<オール>

パンクしたタイヤは強度が低く、形が整っていないため、車両を適切に動かすことが困難です。空気ポンプの助けを借りて空気がパンクしたタイヤに押し込まれると、空気分子が密集します。タイヤ内の空気分子の数が増えると、タイヤの壁にかかる圧力が増加します。したがって、パンクしたタイヤに空気を入れることは、ボイルの法則を現実世界に適用するもう 1 つの方法です。

ボイルの法則の最も顕著な例の 1 つは、炭酸ガスと水を混ぜた炭酸飲料のボトルです。密封された炭酸飲料の缶や容器を圧縮することは困難です。これは、容器内の空気分子が密集しており、移動する余地がほとんどないためです。缶やボトルを開けると、一部の空気分子が離れ、より多くの空気分子が移動してボトルを圧縮します。

注射器は、液体を注入または除去するために使用される医療機器です。液体を保持するシリンダーと、圧力を制御するプランジャーで構成されています。プランジャーを押し下げると液体の体積が減少し、圧力が上昇します。同様に、プランジャーを上げると体積が増え、圧力が下がります。その結果、ボイルの法則が注射器の操作を支配しています。

結論

物理学における実験と観察により、気体がどのように振る舞うかを説明する 4 つの基本原則が開発されました。ボイルの法則、シャルルの法則、アボガドロの法則、ゲイリュサックの法則です。このセクションで説明する実験と観察は、ガスの法則の発展につながりました。これらの法則は、一定の圧力と温度の下での気体の挙動を説明するのに最も役立ちます。ボイルの法則とその数式である P1V1 =P2V2 についてさらに説明しました。