ポアソンの法則
ポアソンの法則(ポアソンのほうそく)は、理想気体を断熱条件の下で準静的に変化させた時の圧力と体積の関係を示す法則である。
関係式
ポアソンの法則は、理想気体を断熱条件の下で準静的に変化させた時、圧力 テンプレート:Mvar と体積 テンプレート:Mvar が テンプレート:Indent で関係付けられることを主張する。ここで指数 テンプレート:Mvar は比熱比で与えられる。
理想気体の状態方程式 テンプレート:Math を用いれば テンプレート:Indent と変形される。
さらに、比熱比 テンプレート:Mvar は自由度の1/2に相当する定数 テンプレート:Mvar (単原子分子の場合はc=3/2)と テンプレート:Math で関係付けられるので テンプレート:Indent と表すこともできる。
導出
熱力学第一法則 テンプレート:Math から、断熱条件 テンプレート:Math の下では テンプレート:Indent が成り立つ。準静的過程では無限小変化に置き換えられ、系が外部に行う仕事は テンプレート:Math と表されるので テンプレート:Indent と変形できる。ここで理想気体の状態方程式 テンプレート:Math と内部エネルギーの微分 テンプレート:Math から テンプレート:Indent が得られる。両辺を積分すれば テンプレート:Indent テンプレート:Indent が得られる。
エントロピーとの関係
準静的な断熱過程においてはエントロピーが一定となる。ポアソンの法則における右辺の定数はエントロピーの関数として表されることを意味している。具体的には理想気体のエントロピーが テンプレート:Indent と表されるので テンプレート:Indent となる。圧力と体積で表せば テンプレート:Indent となる。従って右辺の定数はエントロピーに指数的に依存していることが分かる。
実在気体
実在気体を断熱条件の下で準静的に変化させた場合は、指数を等エントロピー指数(テンプレート:En[1]) テンプレート:Mvar に置き換えて テンプレート:Indent と表される。右辺の定数は理想気体の場合と同じくエントロピーの関数として表される。 エントロピー テンプレート:Mvar を固定して体積 テンプレート:Mvar で偏微分すれば テンプレート:Indent となり、等エントロピー指数が テンプレート:Indent であることが導かれる。