第１７講 熱力学の第一法則 教科書Ｐ．１42～１４5 熱・仕事・温度の関係 熱を仕事に変換する エネルギーの変換と保存 http://www.fzt.jp/ 【Ａ 熱力学第一法則】 熱と仕事と温度の関係式 ∆𝑈 = 𝑄in + 𝑊in 温度変化 入れた熱 a.仕事を加える ∆𝑈 = 𝑄in + 𝑊in F x された仕事 ∆𝑈 = 𝑊in 仕事 W= Fx 仕事𝑊in の分だけ温度が上昇 (実際には，熱が外へ逃げる分がある) 温度上昇 急激に圧縮すると熱が逃げる前に温度 が上がる ⇒ 断熱圧縮 【Ａ 熱力学第一法則】 熱と仕事と温度の関係式 ∆𝑈 = 𝑄in + 𝑊in 温度変化 入れた熱 b.熱を加える① 温度上昇 された仕事 ∆𝑈 = 𝑄in + 𝑊in ∆𝑈 = 𝑄in 熱Q 熱𝑄in による温度上昇 (実際には，熱が外へ逃げる分がある) この場合，気体の圧力も上昇する 【Ａ 熱力学第一法則】 熱と仕事と温度の関係式 ∆𝑈 = 𝑄in + 𝑊in 温度変化 入れた熱 ｃ.熱を加える② F x 熱Q 仕事 W= Fx された仕事 ∆𝑈 = 𝑄in + 𝑊in 外部に する仕事 𝑄in = ∆𝑈 − 𝑊in = ∆𝑈 + 𝑊out 入れた熱は，温度上昇と気体 が外部にする仕事になる 温度上昇 熱が仕事に変換できる!! 【Ｂ 熱機関】 熱を仕事に連続的に変える F 仕事 W= Fx 高温源 吸熱: Q1 仕事: W x 膨張 熱Q 温度上昇 これでも仕事を取り出 せるけれど，このまま では1回限り 排熱: Q2 収縮 低温源 熱機関は，高温熱源から熱を吸収 して，一部を仕事に変え，余った熱 を低温熱源に捨てることによって 仕事を連続的に取り出す。 【Ｂ 熱機関】 ☆熱機関に必要なもの 作業流体(おもに気体) 伴い膨張・収縮を繰り返して外部に仕事をする 高温熱源 作動流体に熱を与えて膨張させる 低温熱源 作動流体から熱を奪って収縮させる 【Ｂ 熱機関】 吸収した熱から捨 てた熱の差 熱機関の効率(熱効率) 𝑒= (取り出した仕事) (高温熱源から得た熱) = 𝑊 𝑄1 = 𝑄1 −𝑄2 𝑄1 熱機関を動かすためには，必ず熱を捨てなくては ならない!! (𝑄2 を0にはできない) 高温熱源の熱を100%仕事に変換できない (熱力学第二法則) 【Ｃ 不可逆変化】 ・不可逆変化 自然の状態で，一方方向にしか変化が進まないもの。 ・可逆変化 自然の状態で，双方向に変化が進むもの。 熱エネルギー 摩擦力の仕事 動摩擦力 不可逆変化 可逆変化 【Ｃ 不可逆変化】 低温 高温 熱は高温側から低温 側に向かって移動す る(逆はない) 熱の移動は不可逆変化 熱の移動 接触 熱は，高温物体から低温 物体に移動し，自然に低 温物体から高温物体に移 動することはない。 (熱力学第二法則) 熱平衡 こ の 方 向 に し か 起 こ ら な い 【Ｄ ヒートポンプ】 外部から仕事を加えると，低温部から高温部へ熱 を汲み出すこともできる。⇒「ヒートポンプ」 排熱 高温環境 温度上昇! W 気体を 一気に圧縮 断熱圧縮 温度低下! W 吸熱 低温環境 断熱膨張 気体を 一気に膨張 クーラー，冷蔵庫等に利用 【Ｅ エネルギー保存の法則】 エネルギーは互 いに他のエネル ギーに変換するこ とができる。このと き，エネルギーは 変換されても，そ の総量は変化し ない。 エネルギーの変換には仕事(力学的or非力学的)が 伴い，そのときに熱が発生する!! 全てのエネルギーは最後は熱になる
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