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熱力学の第一法則

2016年6月26日 日曜日 雨

都筑卓司 なっとくする熱力学 講談社 1997年

⊿Q = ⊿U + ⊿W (⊿Qは熱量のヒトキレというほどの意味で、差額の⊿(デルタ)を付けた方がわかりやすい)

Uを内部エネルギーとよぶ。⊿Uは内部エネルギーの増加した差額という意味である。仕事は ⊿W = p⊿V である。したがって式を書き直すと

⊿Q = ⊿U + p⊿V

となる。この式を、熱力学の第一法則とよぶ。(都筑、同書、p131)

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熱力学の第一法則は、熱をも含めたエネルギーの保存則であるが、いま一つ重要な内容を含んでいる。系が系の外部とエネルギーのやりとりをするのは
1)熱としてのやりとり。⊿Qが正なら貰い、負なら差し出し。
2)仕事としてのやりとり。p⊿Vが正なら差し出し、負なら貰い。
の2つの場合に限る、ということである。もちろんエネルギー伝達の方法は、一般には電気磁気なども考えられるが、熱力学では、この2つに尽きることを物語っているのである。(都筑、同書、p135)

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⊿Q = 0 のとき 断熱変化という

⊿U = 0 のとき 近似的には等温変化。理想気体では、内部エネルギーは温度だけで決まるから、等温変化と呼べる(が、現実の気体では体積変化が起こるから、分子間の位置エネルギーも変わり、必ずしも等温とはいえない。)

p⊿V = 0 のとき 定積変化といい、体積が一定、つまり仕事をすることもなく、されもしない。この場合は、もらった熱量はすべて内部エネルギーの増加、吐きだした熱量はすべてそのまま内部エネルギーの減少になる。(都筑、同書、p135-136)

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