等圧変態は、 ガスの 圧力が 一定のまま、温度と体積が変化するときに発生します。内部に完全な気体が入った剛壁の容器を想定してみましょう (図 1)。
図 1: 完全気体の体積と温度の増加。圧力は一定のままです。
状態 1 のガスを炎で加熱すると、温度の上昇により分子が撹拌され、その高い 運動エネルギー によりピストンが押し上げられ、体積が増加します。ピストンの重りによって構成が変化しない、つまり圧力が一定であるため、温度の上昇に伴って体積が増加する傾向があります (状態 2)。
この事実は ゲイ・リュサックの法則 として知られており、次のように述べられています。
「一定の圧力に保たれた一定の質量の完全気体の場合、その体積は絶対温度に正比例します。」
クラペイロンの完全気体方程式 を通じて数学的に証明できます。
ここで、R は完全気体の普遍定数またはクラペイロン定数で、 通常の温度および圧力条件 (CNTP) での値は R = 0.082 atm.L/mol.K です。
R は一定であり、実験では (モル数) と P (圧力) も一定であるため、次の結果が得られます。
次のことから、体積は温度に直接比例することが証明されます。
温度 x 体積 (T x V) グラフでは、直線を使用して方程式を確認します。
体積 x 圧力 (V xp) グラフでは、体積が状態 1 から状態 2 に増加する一方で、圧力は同じままであることがわかります。
このタイプの ガス変化 で体積の増加があれば、 等圧膨張 があったと言います。体積の減少がある場合、 等圧圧縮 があったと言います。
等圧プロセスでの仕事は、グラフ上の曲線の下の面積 (V xp) によって計算できます。
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