샤를 법칙 질문
동일한 종류와 압력과 양의 기체에서 온도가 증가하면 그에 비례해서 부피도 증가한다는 것이 샤를의 법칙인데, 여기서 압력은 입자의 속력과 단위시간당 충돌 횟수에 비례하는걸로 배웠습니다. 그렇다면 압력은 일정하다는 것이 사실인데 입자의 평균 속력은 온도가 높아질수록 커지니까 압력이 유지되려면 단위시간당 입자의 충돌 횟수는 감소하는 것이 맞지 않나요? 문제집에는 입자의 운동이 활발해지므로 충돌 횟수도 증가하는 걸로 나와 있는데, 입자의 rms 속력, 평균 속력, 최빈속력 모두 온도의 제곱근에 비례하는 것과 부피는 온도에 비례하는 것을 고려했을 때도 입자의 운동이 활발해지는 정도에 비해 부피가 커지는 정도가 더 크니까 입자의 충돌 횟수는 감소하는 것이 맞다고 생각됩니다.
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압력은 입자의 속력과 단위시간당 충돌 횟수에 비례한다는 것은 맞습니다. 그러나 온도가 증가하면 입자의 평균 속력이 증가하게 되는데, 이는 입자의 운동이 더 활발해진다는 의미입니다. 따라서 단위시간당 입자의 충돌 횟수도 증가하게 됩니다.
샤를의 법칙에서는 온도가 증가하면 부피도 증가한다고 설명되어 있습니다. 이는 입자의 운동이 더 활발해지고, 입자들이 서로 더 많이 충돌하기 때문에 부피가 증가하는 것입니다. 따라서 충돌 횟수는 온도가 증가함에 따라 증가하는 것이 맞습니다.
입자의 rms 속력, 평균 속력, 최빈속력이 온도의 제곱근에 비례하는 것은 맞지만, 이는 입자의 운동의 분포를 나타내는 것입니다. 이와는 별개로 압력은 입자의 속력과 충돌 횟수에 의해 결정되는 것이기 때문에, 충돌 횟수가 감소한다고 해서 압력이 유지되려면 속력이 증가해야 하는 것은 아닙니다.
따라서 샤를의 법칙에서는 온도가 증가하면 입자의 운동이 활발해지고, 충돌 횟수도 증가하게 되며, 이에 따라 압력과 부피도 증가하는 것입니다.