圧力一定のとき、気体の体積は絶対温度に比例します。温度を2倍にすれば体積も2倍になります。温度は必ず絶対温度(K)で扱いましょう。
Step 1:シャルルの法則
圧力一定のとき、一定量の理想気体の体積 \(V\) は絶対温度 \(T\) に比例します:
$$ \frac{V}{T} = \text{一定} \quad (p \text{ 一定}) $$Step 2:計算
$$ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} $$体積が2倍 \(V_2 = 2V_1\) のとき、\(T_1 = 300\) K とすると:
$$ T_2 = T_1 \times \frac{V_2}{V_1} = 300 \times 2 = 600 \text{ K} $$理想気体の内部エネルギーは温度のみに依存します。単原子分子では \(U = \frac{3}{2}nRT\)、二原子分子では \(U = \frac{5}{2}nRT\) です。自由度の違いが比熱比の違いに現れます。
気体の法則ではセルシウス温度(°C)ではなく絶対温度(K)を使います。\(T[\text{K}] = t[°\text{C}] + 273\) の変換を忘れずに。