ボイルの法則とは?身近な例で丁寧に解説&豆知識付き

物理 2016.6.14
ボイルの法則とは?身近な例で丁寧に解説&豆知識付き

今回はボイルの法則を解説します。

ボイルの法則は、シャルルの法則と並んで頻繁に出題されます。

今回は、物理が苦手な人でもボイルの法則が理解できるよう、身近な例・スマホでも見やすいイラストを使ってボイルの法則を丁寧に解説しました。

そして、ボイルの法則が理解できたかを試すのに最適な練習問題(分かりやすい解説付き)もご用意しました。

さらに最後には、知っておくと鼻が高くなるような、ボイルの法則に関する豆知識も紹介しています笑

この記事を最後まで読めば、ボイルの法則はもうマスターできているでしょう!ぜひ最後までお読みください。

 

    1.ボイルの法則とは?

    まず、ボイルの法則とは何なのかについて解説します。

    ボイルの法則とは、等温変化させた時に生じる圧力と体積の関係を示した式(公式)のことです。

    ※等温変化=温度を変えずに圧力や体積を変化させること。

    とある容器に気体を入れて、温度を一定に保ちながら圧力(p[Pa])を増やすとします。

    この時、圧力を2倍、3倍、4倍にしていくと、体積(V[m3])は1/2、1/3、1/4になります。

    このことを式(公式)にすると、pV=K(一定)の関係が成り立ちます。

    これをボイルの法則と呼んでいます。

    ボイルの法則

    pV=K(一定)

    (p[Pa]:圧力、V[m3]:体積)

    以上がボイルの法則に関する基本的な事柄ですが、これだけだとイメージがわきにくいと思うので、次の章では身近な例を用いてボイルの法則を具体的にみていきます。

     

      2.ボイルの法則:身近な例

      具体例を用いてボイルの法則をより深くイメージし、理解していきましょう。

      以下のイラストのように、筒(シリンダーといいます)の中に気体を入れて、温度を一定に保ちながら棒(ピストン)を押して圧力を増やしていきます。

      ボイルの法則具体例解説画像

      イラストにすると、ボイルの法則のイメージがわきやすくなったのではないでしょうか?

      等温では、圧力を大きくすればするほど体積は小さくなるのがボイルの法則です。

      言い換えれば、ボイルの法則というのは、等温では、気体の圧力と体積は反比例するということです。(pV=Kより)

       

      3.ボイルの法則:練習問題

      ここで、ボイルの法則に関する練習問題を1つ解いてみましょう。
      [ボイルの法則:問題]
      容器に1.0atmで5.0ℓの空気を閉じ込め、温度を一定にして、気体を2.0ℓに圧縮した。この時の圧力を求めよ。

      [解答&解説]

      ボイルの法則pV=K(一定)を使います。

      求める圧力をp[atm]とします。

      pVは常に一定なので、

      1.0 × 5.0 = p × 2.0より、

      p=2.5[atm]・・・(答)となります。

      簡単ですよね?ボイルの法則では、pVが常に一定ということを忘れないでください!

       

        4.ボイルの法則:豆知識

        最後に、ボイルの法則に関する豆知識を紹介します。

        豆知識:スキューバダイビングをする人は、ボイルの法則をよく知っておく必要があります。なぜでしょうか??

        例えば、水面下20mの水圧は2atmです。大気圧と合わせると3atmです。

        なので、ダイバーが水面下20mにいる時、肺の中には3atmで体積Vの空気が入っています。

        このまま急速に水面に浮上すると、水面の圧力=大気圧(1atm)なので、ボイルの法則から、

        3 × V = 1 × V’ で、体積は3Vとなり、肺が破裂してしまいます。

        このような危険を避けるため、急浮上する時は必ず息をはき続けなければなりません。

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        この記事の執筆者

        ニックネーム:やっすん

        早稲田大学商学部4年
        得意科目:数学