質問: 絶対零度がよくわかりません 絶対零度のことがよくわかりません。 「なぜ0k(-273.15°C)より低温にならないのか?これは熱気球のように、温度が高くなると膨張して体積が増え、逆に冷やすと体積が減ることに由来する。1°C下がるごとに、0°C時のおよそ273分の1ずつ小さくなっていくので、-273°Cでは体積がゼロとなる計算だ」 という風に書いてあったんですが、なぜ-273°Cでは体積がゼロになるんでしょうか? どういう風な計算をしたのでしょうか? 解説お願いします。
回答: pv=nrt の式に従う仮想的な気体を理想気体というのです。したがって、理想気体は液化したり、固体になったりはしません。質問の説明は間違ってはいません。 「どういう風な計算をしたのでしょうか?」 次の計算です。 0°Cのときの気体の体積をv0とします。-1°Cになれば、0°Cのときの気体の体積の1/273だけ小さくなるから、 v0-(1/273)v0=(272/273)v0 になります。 -2°Cになれば、また0°Cの時の体積の1/273だけ小さくなるから、 v0-(1/273)v0-(1/273)v0=v0-(2/273)v0=(271/273)v0 になります。 以下、同様にに計算していけば、 -270°Cで (3/273)v0 -271°Cで (2/273)v0 -272°Cで (1/273)v0 -273°Cで (0/273)v0=0 になりますよね。 温度を0°Cよりあげる場合も同様な計算ができます。 だったら、理想気体の体積変化で温度を知ることができますね。理想気体を使った温度計です。 この温度計で測ると、-273°Cで0になる。もうそれ以下の温度はない。これが絶対0 ゚です。 ところで、それは理想気体を使った温度計だから、それ以下は測れないのであって、別の温度計を工夫すれば測れるのではないかと思いますか。 温度は簡単に言えば分子や原子の熱運動のエネルギーの程度を表すもので、理想気体で測った温度が0というのは、分子や原子の熱運動(振動や回転)のエネルギーの程度が0(振動や回転が止まってしまう、だから理想気体の体積も0になる。理想気体の分子の体積は0です。)ということを表しています。熱運動のエネルギーが負になることはないので、したがってそれ以下の温度はないということです。