変数と状態方程式

純物質の物理状態は、体積V、圧力p、温度T、物質の量nによって定義されます。

これらの状態変数は、サンプルを分割すると減少する拡張変数と、サンプルサイズに関係なく一定の強度変数に分類されます。

これらの変数は状態方程式と呼ばれる方程式を通じて相互に結びついています。一方の物理量の変化は他の物理量も変化させます。

例えば、室温で一定の初期圧力と体積を持つガスシリンダーを考えます。ガスシリンダーを加熱すると気体分子のエネルギーが増加し、より頻繁かつ大きな力で衝突します。これにより容器の壁にかかる圧力が増加し、十分に高温で破裂を引き起こす可能性があります。

理想気体の場合、この関係は分子サイズや分子間相互作用を無視する理想気体方程式で表されます。一定量のガスに対して、任意の2つの変数を固定すると自動的に3番目の変数が定まります。

しかし、実際の気体は分子間力や実際の分子サイズに対応するために、ファンデルワールス方程式のようなより複雑な方程式を必要とします。