理想気体の状態方程式計算機

理想気体の状態方程式 PV = nRT は、分子間力がなく、弾性衝突を行う点粒子からなる理論的気体の状態を記述します。この式はボイル、シャルル、アボガドロの法則を統一したものです。統計力学では、圧力は衝突粒子が容器の壁に伝達する平均運動量であるとする「気体分子運動論」から導出されます。

このツールは P, V, n, T のうち三つを固定し、残る一つをドラッグさせます。すると PV = nRT が他の量を強制的に応答させます。定数 R はどんな気体でも同じなので、ヘリウムも二酸化炭素も同じ計算に従います。一定量の気体は、同じ温度と圧力ならどんな分子でも同じ体積を占めるのです。これが理想モデルの静かな力で、化学的な個性は消え、粒子の数だけが物を言います。

圧力を一定にして体積を温度に対してプロットし、直線を後ろへ延ばすと、どんな気体でもちょうど −273.15 °C で体積ゼロと交わります。誰もそこまで気体を冷やしたことはなく、この値はまっすぐな直線を外挿しただけで得られます。ギヨーム・アモントンが1700年ごろに気づいた手法です。この消失点こそケルビン温度目盛の零点であり、だから PV = nRT の T は必ずケルビンで測り、摂氏で測ってはいけないのです。