膨張とはミクロで何が起きているのですか？

質問

固体でも液体でも気体でも膨張とはミクロで何が起きているのですか？

容器に気体を閉じ込めて加熱すると圧力や体積が大きくなりますがどうして体積が増えるのでしょうか。例えば教科書でよく見るようなシリンダーにピストンが付いている容器で定圧変化するとします。温度Tが上がると気体分子の運動が激しくなるので、容器の内壁を強く圧迫して圧力pが大きくなります。本来なら圧力が増えますが、ピストンがスムーズに動くとすれば圧力pが大きくなる代わりに体積Vの方が大きくなったという事ですか？
また固体の場合は熱によって電子の波動関数が空間に広がり、原子間で反発力が強くなって原子間距離が大きくなった結果、固体全体の体積が増えるのでしょうか。

回答No.2

trytobe · ベストアンサー

単純に、原子の運動エネルギーが熱エネルギーに相当するもので、原子の運動（分子内での原子の運動による結合の角度変化や伸縮も含む）によって、原子間の反発力（原子の排除体積）が増えて、全体としての体積が増える、というだけかと思います（３態どれにおいても）。

回答No.3

teppou

専門ではありません。

　かなり前に読んだ、たぶん講談社刊、都築卓司著「なっとくする熱力学」に書いてあったと記憶していることです。（手元にその本が見当たりません）

　気体については、質問文や他の回答者の回答の通りのようですが、液体・個体については温度上昇による原子間距離の変化は少なく、原子間に空孔が増えるために膨張するという説明がありました。
　そのメカニズムや詳細な様相は書いてなかったと思います。
　不思議なことが起こるものだと感じて覚えておりました。

　ご参考までに。

回答No.1

doc_somday

気体についてはそれでかまいません。ボルツマン分布だけ注意してください。

固体については私の理解を超えますが、電子の波動関数に関する議論は多分完全に間違っているでしょう。