断熱変化

これまでに,Pが一定の変化(定圧変化),Vが一定の変化(定積変化),Tが一定の変化(等温変化)を見てきました。 これで一通り終えたように思えますが,最後にもう1つ,「断熱変化」を紹介したいと思います。

断熱変化と熱力学第1法則

断熱変化とはその名の通り,気体に熱を加えない(or 気体から熱を奪わない)変化です。

今回もまた熱力学第1法則が頼みの綱になりますが,「熱の出入りを断つ」ということなので,Q = 0とすればOK!

よって,断熱変化に関して,

0 = ⊿ U + W

という関係式が得られます。

ちょっと式をいじってみましょう。 Wを移項すると,⊿ U = −W となります。

Wにマイナスがついているので,⊿ UWの符号が逆になるのがポイント!

つまり,気体が外部に仕事をして体積が増えるとき,Wは正なので,⊿ Uは負。

逆に,気体が外部から仕事をされて体積が減少するとき,Wは負なので,⊿ Uは正。

⊿ Uの変化は温度の変化を表すので,断熱状態で気体が仕事をすれば(=断熱膨張)温度は下がるし,仕事をされれば(=断熱圧縮)温度は上がる,ということになります。

断熱=温度が変化しない,と早とちりする人が後を絶ちませんが,それは大間違い!!

言葉のイメージで理解しようとするのはいい加減卒業して,しっかり法則に基づいて理解するよう心がけましょう!


断熱変化のP-Vグラフ

気体の状態変化恒例,P-Vグラフについても確認しておきましょう。 形は等温変化のものと似ているのですが,微妙にちがいます。 ちがいを理解して見分けられるようにしておくこと!


これで断熱変化のグラフはバッチリですね!
まとめノートは今回もお預けですが,演習問題は用意してます。 ぜひチャレンジしてみてください!

【演習】断熱変化断熱変化に関する演習問題にチャレンジ!...

次回予告

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モル比熱物質の温まりにくさ・冷めにくさを表す指標である「比熱」。気体の比熱は状態変化と組み合わせると興味深い結果が得られます!...