気体の熱膨張

• 温度の上昇に伴って気体粒子の熱運動が激しくなり、気体全体の体積が増加する現象。
• 一定の圧力下において、気体の体積は温度の上昇に比例して増加する（シャルルの法則の基礎概念）。
• 熱は高温の物体から低温の物体へと移動し、最終的に両者の温度が一致する「熱平衡」の状態に達する。

解説

物質を構成する粒子は、常に熱運動を行っています。温度が高くなるとこの運動が激しくなり、粒子が互いにぶつかり合って占める空間を広げようとするため、気体全体の体積が大きくなります。これを気体の熱膨張と呼びます。

実験において、高温の湯の中に冷たい水を入れた容器を浸すと、熱は高温側から低温側へと移動します。このとき、時間の経過とともに湯の温度は下がり、水の温度は上がって、最終的には同じ温度で安定します。この状態を熱平衡といいます。計算においては、0℃の空気の体積を基準として、温度上昇に伴う体積変化を算出します。例えば、温度と体積の比例関係を利用することで、300℃といった高温時の体積を導き出すことが可能です。