基礎 part２ 熱力学

系

• 空間のうち、検討対象の空間を系、その周囲を外界という
• 系には、孤立系、閉鎖系、開放系がある。
  孤立系：外界との間でエネルギーも物質も交換しない。
  閉鎖系：エネルギーは交換するが、物質は交換しない。
  開放系：エネルギーも物質も交換する。
• 系が時間的に変動しない状態を平衡状態という

熱力学第一法則

• エネルギー保存の法則
• 熱力学第一法則では、熱と仕事は等価である
  （熱も機械的な仕事もエネルギーの一形態）
• 仕事＝力の大きさ×力が働いた距離（変位した量）
• 圧力一定の気体では、仕事＝圧力×体積変化

内部エネルギー

• 物質の状態に応じて、物体自身が持つエネルギー
• 内部エネルギーは状態量（物質の状態によって決まる値で、その状態になるまでの経路には無関係）

エンタルピー

• エンタルピーは内部エネルギーに圧力と体積の積を加えた量のこと

熱容量

• 熱容量：物質の温度を１K上げるのに必要な熱量
• モル熱容量：気体1molの温度を１K上げるのに必要な熱量。
• 気体の定圧モル熱容量は定積モル熱容量より大きい。
  
  　CP＞CV

• 比熱比（γ）は常に1より大きい　

等温変化

• 温度一定のもとでの変化
• 理想気体の等温変化では内部エネルギー変化ゼロ

断熱変化

• 外部との熱のやり取りがない変化

ジュールトムソン効果

• 気体をある温度以下で断熱膨張させると温度が低下する現象
• ジュールトムソン膨張は、エンタルピーは一定であるが、エントロピーは増加する

熱力学第二法則

• 機械的エネルギーと熱以外のエネルギーを完全に熱に変えることはできるが、その逆はできない
• 熱は高温度の物質から低温度の物質へ自然に移ることができるが、その逆が自然に起こることはない

エントロピー

• エントロピーは状態量（物質の状態によって決まる値で、その状態になるまでの経路には無関係）

エクセルギー

• 系が外界と平衡状態になるまでに取り出せる仕事の最大値

カルノーサイクル

• 高温熱源と低温熱源との間の、２つの等温変化と２つの断熱変化で構成された可逆サイクル
• カルノーサイクルより高い効率の熱機関を作ることは不可能
• カルノーサイクルを逆に動かすと、ヒートポンプになる

加熱量と温度変化の関係

カルノーサイクル