ボイル・シャルルの法則

ボイルの法則

気体が圧縮されると(体積が縮むと)、圧力が増加する。
このとき温度が一定に保たれていれば、体積Vと圧力Pの積は圧縮前と圧縮後で変化しない。
これをボイルの法則という。

シリンダに気体を密封し、ピストンで空気を圧縮する。
気体の体積が半分になったとき、気体の圧力が2倍になったと考えるといい。

下図はボイルの法則を示すグラフだ。
縦軸が圧力P、横軸が体積Vである。
体積Vと圧力Pの積が一定であるので、グラフは双曲線となる。

シリンダ中の気体の体積がVa、圧力がPaであれば、気体の状態はグラフ中の点aに相当する。
ピストンを押して気体を圧縮すると体積がVaからVbに減少するが、同時に圧力がPaからPbに上昇する。
この過程で、気体の状態は点aから点bに向けて、双曲線上を移動したことになる。

点a、点bに限らず、ピストンを押している最中は、気体の状態は必ず双曲線上にいる。
つまり、体積Vと圧力Pの積が一定である状態が維持されるのだ。

ボイルの法則は、温度が一定に保たれていれることが条件だ。
P-Vグラフ上で体積Vと圧力Pの関係が双曲線となるのである。

そしてもうひとつ重要なのが、PV(体積と圧力の積)は、条件となる温度によって異なる値になることである。
P-Vグラフの双曲線は、下図のように条件となる温度によって異なるカーブとなって現れるのだ。

ボイルの法則では、PV=一定値となるが、異なる温度条件で、ピストンを動かせば、PVは違う一定値となるのである。

次のページでは、シャルルの法則を解説する。

2016/10/16