気体の状態変化の問題では,\ 基本的には次を用いて解くことになる. { ボイル・シャルルの法則\ {pV}{T}=(一定) 熱力学第一法則\ Q_in=Δ U+W_out その変化特有の関係 各変化ごとに,\ 結局これらがどのような式になるかをおさえておけばよい. p-V図で,\ グラフとV軸(横軸)ではさまれた部分の面積が気体が外部にする仕事W_{outである.
気体が膨張するときW_out>0,\ 圧縮するときW_out<0}となる.
定圧変化の場合,\ 長方形の面積なのでW=pΔVとして簡単にWを求められる.
気体の状態方程式pV=nRTを用いてp\Delta V=nRΔTと書き換えることも可能である.
一方,\ 等温変化や断熱変化の場合のWは,\ W=∫pdVを計算しなければ求まらない.]
数Ⅲの知識があれば可能だが,\ 高校物理では熱力学第一法則を利用して間接的に求めることになる. 前項でも述べたが,\ Qと\ΔUの以下の違いに注意する. Q=nC_vΔT\ (定積変化のみ), Q=nC_pΔT\ (定圧変化のみ), 何変化でも\ΔU=nC_vΔT} 断熱変化におけるポアソンの法則は,\ 普通は問題で与えられた場合にのみ使用する. 単原子分子ならば,\ 定積モル比熱C_v=32R,定圧モル比熱C_p=52R\ であるから,\ γ=53\ である. マイヤーの関係C_p=C_v+RよりC_p>C_vである. よって,\ γ>1であり,\ {断熱変化の曲線の傾きは等温変化よりも急になる.}
