MENU
ガス主任技術者試験（乙種・甲種）対策サイト
  1. ホーム
  2. 基礎 part２ 熱力学

基礎 part２ 熱力学

この教材は旧サイト「ガス主任ハック」（〜2026年5月）で公開していた解説を、2026年7月時点の法令に合わせて更新のうえ再掲載しています。
解説基礎 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）
吸収した熱量
外部への仕事＝内部エネルギーの増加体積一定の変化（外部への仕事＝0）では、
吸収した熱量＝内部エネルギーの増加となり、気体の温度が上昇する

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

エンタルピー＝内部エネルギー＋（圧力×体積）
圧力一定の変化では、吸収した熱量＝エンタルピーの増加

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
理想気体における定圧モル熱容量（CP）、定積モル熱容量（CV）の関係は、
CP＝CV+R（気体定数）
  • 比熱比（γ）は常に1より大きい　
γ（ガンマ）＝CP／CV

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

Q=m×Ｃ×（Ｔ2－Ｔ1）
Q：加熱量　m：物質量　C：熱容量　
T1ーT2：加熱前後の温度

カルノーサイクル

η= TｈーTｌ／Tｈ = Q1ーQ2／ Q1
η（エータ）：熱効率　Tｈ：高温熱源温度
Tｌ：低温熱源温度　Q1：吸収熱　Q2：放出熱
手を動かす一問一答（旧サイトのミニテストより）
次の記述は 正しい？ 誤り？0 / 0
演習過去問題（旧サイトより）
第1問

気体の熱力学に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか

窒素のジュール・トムソン係数は、常温常圧付近で正の値であり、ジュール・トムソン膨張に伴い温度が低下する
ヒートポンプとは、力学的な仕事を用いて、熱を低温物体から高温物体に移す装置である
エクセルギーとは、系が外界と平衡状態に達するまでに取り出すことのできる仕事の最大値である
【設問の正解】 理想気体を定圧条件のもとで温度を上昇させると、エントロピーは減少する
エントロピーは減少する→増大する
定圧モル熱容量Cpと定積モル熱量量Cvの比Cp/Cvは、常温常圧付近において、ヘリウムのような単原子気体で約1.67、窒素や酸素等の2原子気体では約1.40である
第2問

気体の熱力学に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか

熱力学の第一法則によれば、熱と仕事は等価である
熱力学の第二法則によれば、熱は自然には低温度の物体から高温度の物質へ移ることはできない
標準状態（圧力101325Pa）におけるエントロピーを標準エントロピーと呼び、その値は常に正（温度T>0Kにおいて）となる
理想気体を等温膨張させた場合には、圧力は低くなる
【設問の正解】 エクセルギーとは、系が外界と平衡状態に達するまでに取り出すことのできる仕事の最小値である
エクセルギーとは、系が外界と平衡状態に達するまでに取り出すことのできる仕事の最小値である→最大値
第3問

気体の熱力学に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。ただし、気体はすべて理想気体とする

【設問の正解】 定圧モル熱容量（Cp）は、定積（定容）モル熱容量（Cv）よりも小さい
定圧モル熱容量（Cp）は、定積（定容）モル熱容量（Cv）よりも小さい→大きい
定積（定容）変化では、外部への仕事は0である
理想気体の等温変化では、内部エネルギー変化は0である
定圧変化では、外部への仕事は圧力と体積変化量の積で表される
熱力学第一法則では、熱と仕事は等価である
第4問

気体の熱力学に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか

熱力学の第一法則によれば、熱と仕事は等価である
【設問の正解】 エンタルピーは、内部エネルギーに温度と体積の積を加えた量として定義される
エンタルピーは、内部エネルギーに温度と体積の積を加えた量として定義される→圧力と体積の積
熱容量とは、一定量の物質の温度を単位温度（1K）上昇させるのに必要な熱量である
内部エネルギーは状態量である
熱力学第一法則では、熱と仕事は等価である
第5問

気体の熱力学に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか

熱力学で取り扱う系には、孤立系、閉鎖系、開放系がある
熱力学第一法則では、熱と仕事は等価である
【設問の正解】 熱力学第二法則では、仕事は熱に、熱は仕事に完全に変えることができる
熱力学第二法則では、仕事は熱に、熱は仕事に完全に変えることができる→熱は仕事に完全に変えることができない
エントロピーはその状態によってのみ決まり、どのような経路でその状態に到達したかには無関係である
エクセルギーとは、系が外界と平衡状態に達するまでに取り出すことができる仕事の最大値である
第1問

解答をみる
第二問

解答をみる
第3問

解答をみる
第4問

解答をみる