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絶対温度【ぜったいおんど】

絶対温度とは、熱力学に基づき理論的に定められた温度であり、熱力学温度とも呼ばれる。単位はケルビン(K)。物質の分子や原子は絶えず振動しており、温度によって運動量は変化している。低温になるにつれ、理論上分子や原子の熱運動が停止する。熱運動が停止する温度を絶対零度といい、0Kとする。

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絶対温度とセルシウス温度

セルシウス温度は普段私達が使用している温度であり、セ氏温度、摂氏温度ともいわれ、1気圧下で水の凝固点を0°C、沸点を100°Cと定めた温度である。しかし、物質や温度によって熱膨張率が異なるため、セルシウス温度では不正確な部分もある。そこで理想気体の熱膨張率を用いて、理論的に計算した温度がある。これが絶対温度である。絶対温度は 分 子 や 原 子 の 熱 運 動 が 停 止 す る 温 度 を 0K、 つ ま り 絶 対 零 度 と 定 めており、セルシウス温度で表すと-273.15°Cとなる。温度目盛りの幅は両者ともに同じであり、絶対温度t(°C)とセルシウス温度のT(K)の関係は T=t+273.15となる。熱力学上は絶対零度よりも低い温度は存在しない。ボイル・シャルルの法則 ボイルの法則は、「温度が一定の場合、気体の体積(V)は圧力(P)に反比例。」つまり、PV=k(一定)である。 シャルルの法則は、「圧力が一定の場合、気体の体積(V)は絶対温度(T)に比例。」つまり、V=kTとなり、=k(一定)である。これらを組み合わせたのがボイル・シャルルの法則であり、=k(一定)で表すことができる。

気体の状態方程式

ボイル・シャルルの法則、=k(一定)に、標準状態(0°C、1atmの場合、気体1molの体積は22.4L)の条件を入れて計算すると、k=≒0.082(atm・L/mol・K)これを気体定数とし、Rで示す。よって標準状態時のボイル・シャルルの法則はPV=RTと表すことができる。上記の計算式は1molの場合であり、nmolの場合、アボガドロの法則(温度圧力一定の場合、気体の体積はmol数に比例)からPV=nRTと表すことができる。この式を気体の状態方程式と呼ぶ。

問題

問題1 30℃、1.8×105Paにおいて、2molの気体の体積は何Lになるか?気体定数Rは8.3×103(Pa・L/K・mol)とする。問題2 27℃、1.5×105Pa、8.4LのCO2がある場合、質量はどれ程になるか?気体定数Rは8.3×103(Pa・L/K・mol)、 C=12、O=16とする。

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