力学的周囲

附属中学校学習発表会指導員の募集
11月3日（金）の理大附属中学校学習発表
会（文化祭）で，科学部の生徒が熱気球を飛
ばします．現在準備中ですが，指導してくれ
る大学生を募集しています（見学でも可）．
10月27日（金）および10月30日（月）は4時
から準備をしているので，希望学生は附属
中学校４F職員室の中田先生を訪ねること．
1
今後の予定
10月27日（金）講義（第4章の続き，第5章？）
11月 3日（金）休講
11月10日（金），11日（土）口頭報告
11月11日（土）は1･2時限目，21522教室
本日の課題：
•「熱およびエネルギー関連の技術についてインターネットで調
べ，調査結果の要約と感想を書け．（500字以内）」（i-sys）
例：各種エンジン，ヒートポンプ，ガス冷房，コジェネレーション，太陽電池，燃料電
池，電熱発電，ペルチェ効果，二次電池，キャパシター，水素エネルギー，メタンハ
イドレート，自然エネルギー，電気自動車，ハイブリッドカー，住宅の断熱，LED照
明，など．
•1回目口頭報告課題の班討論
2
5章を読んで感想を書いた人がいる．
科学は理路整然としているが，突き詰めてい
くほど日常感覚から離れていくようだ．
記号の意味の一覧がほしい．
高校で物理を勉強していないと理解出来ませ
んか？
3
重り＝力学的周囲
全宇宙
（熱力学的世界）
＝系
＋熱的周囲
＋力学的周囲
系
恒温槽＝熱的周囲
4
定積とは？
ＥとΔＥの違いは？
何故おもりのことを「力学的周囲」と呼ぶのか？
全宇宙（＝系＋熱的周囲＋力学的周囲）のエネル
ギーが一定ということを立証する方法があるのか。
断熱で圧縮したときの分子の状態はどうなっているの
か？（形などが崩れたりしないのかなど）
力学的周囲のwは重りが下になると+になるのか？
5
モデル図
断熱条件で気体を圧縮した場合
力学的周囲
圧縮
熱的周囲
全宇宙
断熱
系
エネルギー図
力学的周囲
全宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DEtherm = 0
6
上昇気流のところで雲が発生する仕組みは？
7
質問４－３
理想気体をある外圧をかけた状態で
断熱膨張させると温度が上がるか，
それとも下がるのか？
注：外圧をかけた状態で膨張させる
ためには減圧すればよい．
8
理想気体を等温圧縮したときの
DEtherm， DE mech，q，w の符号は？
9
例題３－１
Heガスを等温圧縮したときの内部エネルギー変化
は，正・負・ゼロのいずれか．分子論的理由も添えて
答えよ．ただし，Heガスは理想気体とする．
系
DEK
DEP
T
V
DE
DEel
化学反応
10
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
全宇宙
DEuniv = 0
系
DE K
DE P
T
V
DE
DEel
化学反応
11
モデル図
等温条件で気体を圧縮した場合
力学的周囲
圧縮
熱的周囲
全宇宙
系
理想気体
等温
エネルギー図
力学的周囲
全宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DE = 0
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モデル図
断熱条件で気体を圧縮した場合
力学的周囲
圧縮
熱的周囲
全宇宙
断熱
系
エネルギー図
力学的周囲
全宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DEtherm = 0
13
エアコン（ヒートポンプ）のしくみ
冷房
圧縮機（ポンプ）
低圧
高圧
熱
熱
電気
エネルギー
室内：低温
室外：高温
膨張弁
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エアコン（ヒートポンプ）のしくみ
暖房
圧縮機（ポンプ）
高圧
室内
低圧
熱
電気
エネルギー
熱
室内：高温
室外：低温
膨張弁
15
エンタルピーとはなにか？（ｐ５９）
定義
P一定のとき
H  E  PV
DH  DE  PDV
 DE  DEmech
 DEtherm  q
圧力一定のときエンタルピー変化＝系の吸熱量
16
P一定でないとき（参考）
P一定のとき
V2
DEmech  PDV
DE mech   PdV
V1
重り＝力学的周囲
全宇宙
系
恒温槽＝熱的周囲
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力学的周囲
P DV
系
全宇宙
DH
DE
熱的周囲
Ｐ５９図４－４
定圧過程では
q  DH
w  PDV
DH  DE  PDV
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様々なエネルギーの値の比較（ｐ６１）
•共有結合：約500 kJ/mol → Eel
水素の燃焼熱：約500 kJ/mol
•水素結合：約20 kJ/mol → Ep
水の蒸発エンタルピー： 40 kJ/mol
•ファンデルワールス力：約1 kJ/mol → Ep
アルゴンの蒸発エンタルピー： 6.5 kJ/mol
•PV仕事（300 K，1 atmで1 molの気体発生）： 2.4 kJ/mol
•分子運動のエネルギー（300 K，RTの値）： 2.4 kJ/mol
多くの場合
DH  DE  PDV  DE
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ΔＥel は，どういう場合に正になり，
どういう場合に負になるのか？
20
H
H
エネルギー
発熱
H－H
結合エネルギーと発熱
21
エネルギー
状態A 4H(気体)+2O(気体)
494 kJ/mol
状態B 4H(気体)+O2(気体)
1836 kJ/mol
864 kJ/mol
状態C 2H2(気体)+O2(気体)
478 kJ/mol
状態D 2H2O(気体)
水素の燃焼
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力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
全宇宙
DEuniv = 0
系
DE K
DE P
T
V
DE
DEel
化学反応
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