た~みなるねんど

熱力学法則第一

熱力学法則第一

以前生徒に聞かれたので考え方をまとめておく。
なお、実際の定義とか、厳密な話とか、そういったものは気にしないことにする。そういうのは教科書を一字一句読むか物理屋さんに直接聞いてほしいのである。

まず熱力学法則第一とは

「ΔU=Q+W」

という公式で表される法則である。まあma=Fやv=fλ並のシンプルさなのだが、教科書を開くと「●●の時」「××の時」とパターンが羅列していて辛い気持ちになる(一応まとめるべきことはしっかりまとめてあるのだが)。

ここでは覚えることを重視してまとめておく。

まず公式そのものから。

ΔU
内部エネルギー変化。ここではいろいろあった結果、「内部エネルギーが変化した=その気体の温度が変化した」となる。厳密には完全にイコールではなかったような。
Q
熱量。の出入り。温めたり冷やしたりして移動した熱。
W
気体がされた仕事。「仕事をした/された=その気体の体積が増えた/減った」となる。誰が仕事をしたのか(気体が仕事をしたのかされたのか)は重要である。また、PVグラフ上で仕事は面積で表される。

でもって、以下、教科書に羅列されているしちゅえーしょん。

[1]等圧変化

内部エネルギー(その物体の温度)の変化もあり、熱の出入りもあり、体積の変化(仕事)もあるというやつ。よって
ΔU=Q+W
という式の3つの項に何かしらの数字が入ることになる。ただ、等圧変化なのでPVグラフ上に仕事が長方形の形(縦×横ですぐ求まる形)で現れる。あっさりとWの値が求まるタイプ。
なお、PVグラフ上には横に平行な直線としてあらわされる。

[2]等積変化

体積の変化がないと言っているので
ΔU=Q
である。熱の出入りがそのまま内部エネルギーの変化に直結してくる。
なお、PVグラフ上には縦に垂直な直線としてあらわされる。

[3]等温変化

その物体の温度が変わらない、つまり内部エネルギーの変化がないと言っているので
0=Q+W
となる。教科書にはQ=-Wとか書いてあったような。
なお、PVグラフ上には断熱変化によるグラフよりも緩やかなカーブとしてあらわされる。

[4]断熱変化

外との熱のやり取りがないと言っているので
ΔU=W
となる。された仕事がそのまま内部エネルギーの変化に直結してくる。
なお、PVグラフ上には等温変化によるグラフよりも急なカーブとしてあらわされる。

こういう解釈でとりあえず簡単なところだけでもしのげるかな?

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です

次のHTML タグと属性が使えます: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

post date*

日本語が含まれない投稿は無視されますのでご注意ください。(スパム対策)