Frank
こんにちは＜Frank＞です。
懐かしい＜ボイル・シャルルの法則＞。と言っても、この単元で学
習するまでほとんど覚えていませんでした。
高校生のとき、確か教育実習の若い先生が「ボイル・シャルルの法
則について説明します」と声を震わせながら授業をしていた記憶が
あります。
まさか老体に鞭を打って、改めて＜ボイル・シャルルの法則＞を勉
強するとは。まあ、痴呆症防止のために学習しているので、内容云
々については大目に見てやってください。
では早速、復習をしましょう。
１．ボイルの法則
ボイルの法則は、一定温度での気体の圧力 (P) と体積 (V) の間に
成り立つ関係を示します。この法則では気体の体積が減ると圧力が
増え、体積が増えると圧力が減少することを表しています。
数式で表すと以下のようになります。
𝑃 ∝ 1／𝑉（𝑇一定）
つまり、圧力と体積の積は一定です。
𝑃𝑉 = 一定
【脚注】
∝（プロポーショナル）という記号は「比例する」 という意味を表
しています。具体的には、ある物理量が別の物理量に対してどのよ
うな関係にあるかを示す記号です。
（例）𝑉 ∝ 𝑇
これは「体積 (V) が温度 (T) に比例する」ことを意味します。つ
まり、温度が増加すれば体積も増加し、温度が減少すれば体積も減
少する という関係を示しています。この「比例する」という関係は、
二つの物理量の比が常に一定であることを表します。
比例関係を方程式で表すと、通常は定数 𝑘 を使って次のように書き
ます。
𝑉 = 𝑘𝑇
ここで、𝑘 は比例定数です。
２．シャルルの法則
シャルルの法則は、一定圧力下での気体の体積 (V) と温度 (T) の
関係を示します。この法則では、気体の温度が上昇すると体積が増
加し、温度が下がると体積が減少します。
数式で表すと以下のようになります。
𝑉 ∝ 𝑇（𝑃一定）
つまり、体積と温度の比は一定です。
𝑉／𝑇 = 一定（𝑃一定）
このとき、温度は絶対温度 (K) で表さなければならないことに注
意してください。
３．ボイル・シャルルの法則
ボイル・シャルルの法則は、ボイルの法則とシャルルの法則を統合
したもので、気体の圧力 (P) 、体積 (V) 、温度 (T) の関係を表
します。これにより、気体の状態が変化した際の三つの要素の相互
関係が示されます。
数式で表すと次のようになります。
(𝑃𝑉／𝑇) = 一定
これを「ボイル・シャルルの法則（または状態変化の法則）」とも
呼びます。この式は、一定量の気体が状態変化する際に利用されま
す。
４．理想気体の状態方程式
理想気体の状態方程式は、理想的な気体の圧力 (P) 、体積 (V) 、
温度 (T) の関係を表したものです。
気体の状態を表す普遍的な式として、次のように記述されます。
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
ここで、
１）𝑃 は気体の圧力 (Pa)
２）𝑉 は気体の体積 (m³)
３）𝑛 は気体の物質量 (mol)
※一般的に n mol の気体では、体積は n 倍になります
（PV = RT → PV = nRT）。
４）𝑅 は気体定数 (8.31 J/(mol・K))
５）𝑇 は絶対温度 (K)
です。
この方程式は、気体が理想的に振る舞うと仮定した場合に成り立ち、
温度や圧力が比較的低い場合に多くの実際の気体にも近似的に適用
できます。
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