私でも分かる! 熱力学

変数一覧

A 断面積 [m3]
CV 等積熱容量 [J/K]
cV 等積比熱 [Jkg⋅K]
E エネルギー [J]
F 力 [N]
F ヘルムホルツの自由エネルギー [J]
G ギブスの自由エネルギー [J]
g 重力加速度 [m/s2]
H エンタルピー [J]
k 熱伝導率 [Wm⋅K]
m 質量 [kg]
P 圧力 [Pa]
Q 熱 [J]
S エントロピー [J/K]
T 温度 [℃またはK]
t 時間 [s]
U 内部エネルギー [J]
V 体積 [m3]
v 速度 [m/s]
W 仕事 [J]
x 距離 [m]


ギリシャ文字

ϵ 成績係数 [1]
η 熱効率 [1]
Θ 絶対温度 [K]
θ 摂氏温度 [℃]


記号

Δ 変化量
δ 不完全微分方程式で表される値の極微小量


Contents
  1. ‣ 私でも分かる! 熱力学
  2. 変数一覧
  3. 1 熱力学第一法則とエネルギー
    1. 1.1 系と境界
    2. 1.2 力学的エネルギー
      1. 1.2.1 仕事
      2. 1.2.2 運動エネルギー
      3. 1.2.3 位置エネルギー
      4. 1.2.4 力学的エネルギーの保存
    3. 1.3 内部エネルギーと発熱、伝熱
      1. 1.3.1 内部エネルギーと発熱
      2. 1.3.2 発熱がある場合の力学的エネルギーの変化
      3. 1.3.3 伝熱
      4. 1.3.4 熱容量と比熱
      5. 1.3.5 まとめ
    4. 1.4 熱力学第一法則
    5. 1.5 エネルギーを変換する装置
      1. 1.5.1 熱機関とヒートポンプ
      2. 1.5.2 熱機関の効率とヒートポンプの性能
      3. 1.5.3 他のエネルギーの変換
    6. 1.6 まとめ
      1. 1.6.1 問題
      2. 1.6.2 解答
  4. 2 熱力学第二法則とエントロピー
    1. 2.1 熱力学第二法則とは
      1. 2.1.1 系と熱源について
    2. 2.2 熱力学第二法則の表現
      1. 2.2.1 クラウジウスの表現
      2. 2.2.2 トムソンの表現
      3. 2.2.3 熱の不可逆性と時間の流れとの関連
      4. 2.2.4 問題
      5. 2.2.5 解答
    3. 2.3 可逆な変化
      1. 2.3.1 平衡状態
      2. 2.3.2 準静的変化
    4. 2.4 可逆サイクル（可逆熱機関・可逆ヒートポンプ）の効率と熱力学的温度
      1. 2.4.1 可逆サイクル（可逆熱機関・可逆ヒートポンプ）
      2. 2.4.2 実在する熱機関、ヒートポンプと可逆サイクル
      3. 2.4.3 可逆サイクルの効率と熱源
      4. 2.4.4 可逆サイクルの熱と仕事と温度
      5. 2.4.5 三つの熱源での可逆サイクル
      6. 2.4.6 熱力学的温度と可逆サイクルの効率
      7. 2.4.7 問題
      8. 2.4.8 解答
    5. 2.5 エントロピー
      1. 2.5.1 エントロピーの条件
      2. 2.5.2 条件からの検討
      3. 2.5.3 一つの熱源とサイクル（二つの系）
      4. 2.5.4 二つの熱源とサイクル（三つの系）
      5. 2.5.5 複数の熱源とサイクル（複数の系）
      6. 2.5.6 無限個の熱源とサイクル（無限個の系）
      7. 2.5.7 エントロピーの定義
      8. 2.5.8 問題
      9. 2.5.9 解答
    6. 2.6 ヘルムホルツの自由エネルギー
      1. 2.6.1 ヘルムホルツの自由エネルギーの定義
      2. 2.6.2 ヘルムホルツの自由エネルギーと他の状態量
    7. 2.7 ギブスの自由エネルギー
    8. 2.8 まとめ
  5. 3 熱力学第零法則と温度
    1. 3.1 熱力学第零法則
      1. 3.1.1 温度の比較
      2. 3.1.2 局所熱力学的平衡
    2. 3.2 温度
      1. 3.2.1 温度の基準
      2. 3.2.2 熱力学的温度
      3. 3.2.3 問題
      4. 3.2.4 解答
  6. 4 状態量
    1. 4.1 状態量
    2. 4.2 体積
    3. 4.3 圧力
    4. 4.4 エンタルピー
  7. 5 閉じた系のサイクル
    1. 5.1 閉じた系
      1. 5.1.1 平衡
      2. 5.1.2 閉じた系の周囲とのやりとり
      3. 5.1.3 サイクル
      4. 5.1.4 閉じた系のサイクルでの過程
      5. 5.1.5 問題
    2. 5.2 熱機関
      1. 5.2.1 熱機関の過程
      2. 5.2.2 圧力と体積の変化
      3. 5.2.3 温度とエントロピーの変化
      4. 5.2.4 サイクル全体での仕事と熱
      5. 5.2.5 熱機関の表示
      6. 5.2.6 オットーサイクル
    3. 5.3 ヒートポンプ
      1. 5.3.1 ヒートポンプの過程
      2. 5.3.2 圧力と体積の変化
      3. 5.3.3 温度とエントロピーの変化
      4. 5.3.4 ヒートポンプの表示
      5. 5.3.5 実際のヒートポンプ
    4. 5.4 閉じた系での可逆サイクル(カルノーサイクル)
      1. 5.4.1 可逆過程
      2. 5.4.2 可逆サイクルの過程
      3. 5.4.3 問題
      4. 5.4.4 解答
    5. 5.5 閉じた系の可逆サイクル（カルノーサイクル）での熱と仕事
      1. 5.5.1 断熱過程
      2. 5.5.2 準静等温過程
    6. 5.6 まとめ
  8. A 熱力学第一法則とエネルギーの付録
    1. A.1 仕事が状態量ではないのは何故か
      1. A.1.1 仕事の関数
      2. A.1.2 具体的な例
      3. A.1.3 経路積分
      4. A.1.4 熱も状態量ではない
    2. A.2 位置エネルギー
  9. B 熱力学第二法則とエントロピーの付録
    1. B.1 可逆と不可逆
    2. B.2 不可逆な現象と可逆な現象
      1. B.2.1 不可逆な現象
      2. B.2.2 可逆な現象
    3. B.3 熱力学第二法則のトムソンの表現とクラウジウスの表現
    4. B.4 極微小な温度差と無限の経過時間
    5. B.5 平衡状態と不可逆変化
    6. B.6 準静等温過程での仕事
    7. B.7 サイクルの比較
      1. B.7.1 可逆サイクルの効率は等しい（クラウジウスの表現）
      2. B.7.2 可逆サイクルと不可逆の熱機関の比較
      3. B.7.3 可逆サイクルの効率が不可逆熱機関より高い場合
      4. B.7.4 可逆サイクルと不可逆のヒートポンプの比較
    8. B.8 可逆変化の熱
      1. B.8.1 不可逆変化を可逆変化で表す
      2. B.8.2 具体的な数値による計算
  10. C 熱力学第零法則と温度の付録
    1. C.1 温度の測定
    2. C.2 理想気体温度と熱力学的絶対温度
      1. C.2.1 準静等温過程での関係
      2. C.2.2 可逆断熱過程での関係
      3. C.2.3 熱の比
  11. D 閉じた系のサイクルの付録
    1. D.1 周囲にする仕事と取り出せる仕事
    2. D.2 自由膨張過程
    3. D.3 なにも起こらないサイクル
    4. D.4 可逆サイクル（カルノーサイクル）に近づける
    5. D.5 取り出せる仕事と不可逆性
  12. References
References