Question

えい

等温膨張はボイルの法則に従ってP=k/V(k:定数)の形のグラフになるのは分かったのですが、断熱膨張について調べてみましたが、なぜこのようなグラフになるか理解ができません。ある一点で等温膨張のグラフと交わり、それより小さい体積では断熱膨張の方が圧力が大きい、それより大きい体積では断熱膨張の方が圧力が小さい、そのようになる理由を知りたいです。

圧力
P
P-pgh
O A
H
H'
等温膨張
断熱膨張
体積

Answer 1

✨ 最佳解答 ✨

まさ

等温膨張はその名の通り温度が一定のまま「圧力」「体積」を変化させているのでボイルの法則が成り立ちます。

しかし、断熱膨張では気体のもつエネルギーが一定の状態で「圧力」「体積」を変化させているので、等温膨張とは異なるグラフになります。
調べてみたところ
・断熱膨張とは、外部からの熱の出入りが無い状態で物体の体積が大きくなる現象の事。
・断熱圧縮とは、外部からの熱の出入りが無い状態で物体の体積が小さくなる現象の事。
・これらの現象によって温度変化する原理としては、物体の体積が変化することで体積当たりの熱量が変わるから。
とありました。

感覚的な話をすると、
電車に100人乗っていたとします。
その電車が1両（体積が１）だとしたら、100人が1両に乗るので満員なので（密度が高いため）温度はあがりますし、10両（体積が１０）だとしたら、100人が10両に乗るので間隔が空いて（密度が低くなるので）温度が下がります。
断熱膨張ではこのエネルギーが一定なので体積を大きくすると圧力が小さくなります。

上手く説明できているか分かりませんが参考にしてください。

教科書だと実在気体という所を参考にしてみても理解が深まるかもしれません。

えい

例が分かりやすくて断熱膨張、圧縮について理解しやすかったです。

ちなみに、V=Hを境に(断熱膨張と等温膨張の)Pの大小が変化しているのは、最初の状態がV=Hだから、断熱圧縮するとTは多少上がるため、ボイルの法則が成り立つ場合よりもPが大きくなり、断熱膨張の場合は逆にTが減少するためボイルの法則が成り立つ場合よりもPは小さくなる、この解釈であっているでしょうか？？

まさ

はい、それで大丈夫だと思います。

えい

ありがとうございました。