まとめ
解説
気体の体積は温度の変化に敏感に反応します。一定の圧力の下では、気体の体積は温度が1℃変化するごとに、0℃のときの体積の273分の1ずつ変化します。これを「シャルルの法則」と呼び、体積が絶対温度に比例することを示しています。
例えば、0℃で546cm³の空気がある場合、1℃あたりの増加量は 546 ÷ 273 = 2cm³ となります。したがって、温度が27℃まで上昇したときの体積は、546 + (2 × 27) = 600cm³ と計算できます。
| 変化の要因 | 現象 | 具体例 |
|---|---|---|
| 温度の上昇 | 体積が膨張する | 熱気球が浮き上がる |
| 温度の低下 | 体積が収縮する | 冷やしたペットボトルが凹む |
| 気圧の低下 | 沸点が降下する | 高い山の上で沸点が下がる |
また、気圧と沸点の間には密接な関係があります。周囲の気圧が低くなると、液体の分子が空気中へ飛び出しやすくなるため、沸点は下がります。標高0mで100℃の水は、標高約2900mの山頂付近では約90℃で沸騰します。これは気圧が下がることで液体の分子が蒸発しやすくなるためです。
この性質を利用した道具に「圧力鍋」があります。鍋の内部を密閉して気圧を高めることで、水の沸点を100℃以上に引き上げ、短時間で調理を行うことができます。
また、気体の体積が0になる理論上の温度を「絶対零度（-273.15℃）」と呼び、これを基準とした温度を絶対温度（単位：K ケルビン）といいます。高校物理や化学では、この絶対温度を用いた計算が基本となります。
空気などの気体には、温度や周りの空気の重さ（気圧）によって、大きさが変わったり、お湯がわく温度が変わったりする不思議な性質があります。
まず、空気をあたためるとふくらみ、冷やすとちぢみます。例えば、ゼリーのカップを冷蔵庫から出すと少しふくらんで見えるのは、中の空気が温まって大きくなったからです。この変化は決まっていて、0度のときの大きさを基準にすると、1度上がるごとに273分の1ずつ大きくなっていきます。
次に、お湯がわく温度（沸点）についてです。ふつう、水は100度でわきますが、高い山の上など空気がうすい場所では、100度になる前にわき始めてしまいます。これは、空気が水をおさえる力が弱くなるため、水が蒸気になりやすくなるからです。
ポテトチップスの袋を持って高い山に登ると、袋がパンパンにふくらみます。これは、山の上の気圧が低くなり、袋の中の空気が外におし返されやすくなって、体積が大きくなるからです。実験してみるとおもしろいですよ！
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