書記が物理やるだけ#61 熱平衡，状態方程式

今回から熱力学を扱っていく。まずは基本となる概念から紹介していく。

問題

状態方程式の例として，気体の状態方程式を扱う。

説明

熱力学では，状態間における物のやりとりについて考察していく。

しばらくは，熱平衡が成り立っていることを仮定して話を進める。

状態方程式は，状態間の関係をいくつかの変数により定める。代表的な例に，理想気体の状態方程式，ファンデルワールスの状態方程式がある。

経路によるかどうかで，状態関数と経路関数に分類される。

状態関数は，さらに示量性と示強性に分けられる。

解答

理想気体に対して，実在気体では分子間力と分子の体積による補正をかけている。

グラフについて，1mol理想気体ではPV/RT=1が成り立っている。実在気体では，温度一定に圧力を上げていくと，まず分子間力の影響により体積の減少量が大きくなり，PV/RTが小さくなる。さらに圧力を上げると，今度は分子の体積の影響により体積が大きくなり，PV/RTが大きくなる。

あとは単純な計算問題。

このことから，高温・低圧では実在気体は理想気体とずれた挙動を示す。逆にいえば，低温・高圧であればあるほど理想気体に近くなる。

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