<圧力P

単位面積あたりにかかる力のこと。

しかし、ここでは面積が変わると面倒なので、断面積一定の柱体を仮定し、この柱体の底面(当然面積一定)にかかる力を考えよう。

1個の分子が壁に1回衝突することによって壁に及ぼす力は、同じ種類の分子では、分子の速度と比例する。

(→速い速度であたれば、大きな力を与える)

これに時間あたりにどれだけ分子が衝突するか(衝突頻度)をかけたものが、壁にかかる圧力と比例することになる。

即ち、(圧力)(分子の速度)×(衝突頻度)・・※

ということになる。

 

<温度T

運動エネルギーと比例する。

 

温度があがる。

たくさんの熱エネルギーを内部にとりこむ。

熱エネルギーは分子の運動エネルギーとして保存され、分子の運動エネルギーが大きくなる。

分子の運動速度がはやくなる

 

すなわち、

温度は分子の運動エネルギー(mv2/2)と比例し、

温度上昇によって分子の速度ははやくなる。

(温度は分子の速度の2乗と比例する)・・・☆

 

ところで、分子が一度壁に衝突してから、再度壁に衝突するまでの間隔は、分子の速度と反比例する。即ち、衝突頻度は分子の速度と比例する。

※より、圧力は分子の速度の2乗と比例する。

(∵(分子の速度)だけではなく、(衝突頻度)も分子の速度と比例するから)

☆より、圧力と温度は比例する。

 

<体積V

断面積一定の柱体を仮定しているので、

体積は、柱体の高さと比例する。

分子が一度壁に衝突してから、

再度壁に衝突するまでの間隔は体積と比例する。

衝突頻度は体積と反比例する。

※より、圧力と体積は反比例する。

 

<モル数n

分子の数と比例する。(6.023x1023倍)

壁に衝突する分子数はモル数と比例する。

衝突頻度はモル数と比例する。

※より、圧力とモル数は比例する。

 

以上をまとめると、

PT, P1/V, Pn

 

PnT/Vとなる。

比例定数をRとすれば、P = nRT/Vとなり、

結論としてPV = nRTとなる。