そもそも、気体の法則とは何でしょうか? その名の通り、理想気体の法則の3つの特殊なケース、すなわちボイルスの法則、シャルルの法則、ゲイ=リュサックの法則を組み合わせたものです。
一方、ボイルスの法則、シャルルの法則、ゲイ=リュサックの法則の3つの特殊なケースをさらにアボガドロの法則とブレンドすると、最終的に熱力学の理想気体の法則となる。 しかし、この気体の法則の公式な記述は、
気体の物質量が変わらない限り、系の圧力-体積の積と絶対温度(ケルビン)の比は一定である
混合気体の法則の統一過程
上に述べたように、この法則は、温度、圧力、体積以外のすべてを一定にしたときに働く、他の3つの気体の法則の連合体に過ぎないのです。
- ボイルスの法則は、ある温度において、ある質量の気体の圧力はその体積に反比例する。
- シャルルの法則は、試料気体の圧力を一定にすると、温度と体積は正比例することを述べている。
- Gay Lussacの法則は、試料気体の体積を一定にすると、温度と圧力は正比例する。
最後に、ボイルの法則、シャールの法則、Gay Lussacの法則を融合すると、Combined Gas Lawとなる。 さらに混合気体の法則をアボガドロの法則に代入すると理想気体の法則が得られる。
混合気体の法則式
混合気体の法則の定義によると、混合気体の法則式は通常形式と特殊形式の2種類で表すことができる。 両式を一つずつ見てみましょう。
Normal Form
数学的には、この気体の法則を次のように表すことができます。
ここで、
P = 気体の圧力
V = 気体の体積
T = 気体の温度(ケルビン単位)
k = 定数
Special Form
同じ物質を異なる2条件で比較しなければならないとしたら、組み合わせた気体の法則式はこう表現することができます。
ここで、
P1=ガスの初期圧力
V1=ガスの初期体積
T1=ガスの初期温度
P2=ガスの最終圧力
V2=ガスの最終体積
T2=ガスの最終温度
気体の法則例 問題
ガスの初留分は10L、最終容量は5Lとする。 気体の最終圧力を計算せよ。 初期温度300K、最終温度250K、初期圧力30KPaとする。
ここで、結合気体の法則の公式の特殊形すなわち
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