2005年08月28日
単原子分子理想気体
■ 単原子分子理想気体
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気体の分野を勉強すると、
「単原子分子理想気体」
というものが頻繁に登場します。これは、一体、何者でしょうか？
気体が持っている全エネルギー（これを内部エネルギーといいます）というものを考えて
みましょう。
まず、多くの気体は、２原子分子です。
酸素はO２、窒素はN２、という感じですね。
とりあえず、簡単のために、２つの原子がバネでつながっているようなものをイメージ
して下さい。
〇vvvv〇
〇vvvv〇
〇vvvv〇
こんな感じです。
気体をイメージできましたか？
気体分子同士は、分子間力という力で、お互いに引き合っています。
このうちの1つの気体が持っているエネルギーを考えてみます。
（１つの分子のエネルギー）＝（２つの分子の運動エネルギー）＋（弾性エネルギー）
＋（分子間力の位置エネルギー）
かなり、複雑ですね。
これを、分子の数だけ足し合わせたものが、内部エネルギーです。
特に、（分子間力の位置エネルギー）のところが複雑な形をしていて、とても足し合わせる
気持ちになりません。
そんなときには、問題設定を変更します。
足し合わせたくなるような場合を考えて、その場合について計算するのです。
そこで、まず、「単原子分子」ということにします。
〇
〇
〇
これが、単原子分子です。ばねがなくなったので、大分簡単になりました。
次に、「理想気体」ということにします。
理想気体というのは、
（１）分子の体積がゼロ
（２）分子間力がゼロ
（３）状態方程式に厳密に従う
というものです。
理想気体を考えれば、（２）分子間力がゼロ なので、分子間力の位置エネルギーも
無視できます。
というわけで、単原子分子理想気体であれば、１つの分子が持つエネルギーは、
（１つの分子のエネルギー）＝（分子の運動エネルギー）
ということになり、これなら、足し合わせてみようかな？という気持ちになります。
物理っていつも、「計算できるのはこういう場合」という場合を考えて、その場合について
計算するというやり方をします。
そのまわりにある、「計算できない現実の存在」をちゃんと考えていないと、自然を
間違って認識してしまいますので、要注意ですね。
