<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、
P∝T, P∝1/V, P∝n
∴P∝nT/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。