原子で書いた文字「PEACE ’91

連絡事項
• 2年化学実験のレポートをもってきている人は，
最後に提出せよ．
• 欠席の多い人もいるが，出てくるように．
• 課題を出していない人は今からでも出すよう
に．
• HPを活用せよ．（パワーポイントファイル等）
1
今後の予定
5日目 10月26日（金）講義（3章の続き，4章）
口頭報告課題発表
6日目 11月 2日（金）講義（4章の続きなど）
班で討論
7日目 11月 9日(金），10日（土）口頭報告
※ 11月10日（土）は1・2時限目，21522教室
8日目 11月16日（金）口頭報告答あわせ
講義（5章）
本日の課題
10月31日（水）までに4章への質問・感想を書け．（i-sysで提出）
口頭報告課題を解け．（レポート用紙に書いて次回の講義で提出）
2
分数の割り算
（高畑勲監督アニメ「おもひでぽろぽろ」より）
「分数の割り算は分母と分子をひっくり返してかけれ
ば良い」のはなぜか？
63  2
これは６を３等分すれば２になるということだよね．
ということは．．．
2 1

3 4
これは，2/3を1/4等分するということだよね．でも，1/4
等分ってどういう意味？
分数の割り算を受け入れた人は，その後の人生うまく
3
いく？？
内部エネルギーの内訳
E  EK  EP  Eel
分子
電子
ポテンシャルエネルギー：EP
電子エネルギー：Eel
分子
運動エネルギー：EK
原子核
P44
図３－７
4
分子の運動エネルギー
加熱
E  EK  EP  Eel
P38
図３－１
5
分子間ポテンシャルエネルギー
E  EK  EP  Eel
P39
図３－２
6
ポテンシャルエネルギーと力の関係
落下・上昇にともなう重力ポテンシャルエネルギー変化
力に従って落下
→ EP減少
力に逆らって上昇
→ EP増加
重力
力が大きいほどEP の
増減は大きくなる．
P32
図２－５
7
電子エネルギー
E  EK  EP  Eel
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
P40
図３－３・４
8
H
H
エネルギー
発熱
H－H
結合エネルギーと発熱
P41
図３－５
9
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
P42
図３－６
10
ガウスライフル
鉄球磁石球２
状態 A
磁石球１
重力ポテンシャル
エネルギー
状態 B
運動エネルギー
状態 C
運動エネルギー
磁力のポテンシャル
エネルギー
磁石球どうしには強い引力がはたらいている．
磁石球と鉄球の間には弱い引力がはたらいている．
11
温度とは何か？（分子論的に答よ）
3
 K, trans  k BT
2
R
kB 
NA
単原子分子の場合

: 1分子の並
進運動エネルギー
K, trans
T: 絶対温度
kB: ボルツマン定数
R: 気体定数
NA: アボガドロ数
3
E K   K N A  RT
2
P48
12
リチャード・ファインマンの言葉
何らかの地殻変動によって，あらゆる科
学知識が破壊され，たった一つの文章し
か次世代の人間に継承されないとしたら，
どんな文章を残せば最小限の言葉で最大
限の情報を伝えられるだろうか？
その文章とは．．．
「万物は原子から出来ている．」
13
P49 質問３－３
「同じ温度の液体と気体を比べると，気体中の分子
の方が動き回れるスペースが広いので，
大きな運動エネルギーを持っている」？
1 2
E K  mv
2
3
 K, trans  k BT
2
スペースの広さと運動エネルギーは無関係．
液体中では他の分子との衝突頻度は増すが，衝突頻度
と運動エネルギーは無関係．
温度が同じであれば分子の運動エネルギー（平均値）は
液体と気体で同じ．
14
気体中と液体中の分子運動の比較
気体中
液体中
スペースの広さと運動エネルギーは無関係．
液体中では他の分子との衝突頻度は増すが，衝突頻度と運動エネ
ルギーは無関係．
温度が同じであれば分子の運動エネルギー（平均値）は液体と気
体で同じ．
15
P51 質問３－７
結晶中の分子は止まっているか？
結晶
3
 K, trans  k BT
2
液体
結晶中でも分子は振動運動を
している．
温度が同じなら結晶と液体の
分子運動のエネルギーは同じ．
16
DE  DEK  DEP  DEel
系
DE
DEK

K, trans
3
 k BT
2
T により
変化
（Tに比例）
DEP
分子集合
状態に
より変化
DEel
化学反応
により
変化
P50
図３－１２
17
P50 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．
18
P50 質問３－６
理想気体とは何か？
分子論的に答えよ
19
P50 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
20
P50 例題３－２
水が100℃で蒸発して水蒸気にな
るときの内部エネルギー変化は
正・負・ゼロのいずれか？
系
DEK
DEP
T
V
DE
DEel
化学反応
21
温度と内部エネルギーの関係は？
P49 質問３－５
内部エネルギーが上昇すると必ず温度が上昇す
ると言えるか？
系
DEK
DEP
T
V
DE
DEel
化学反応
内部エネルギーが上昇してもEP，Eelが増加しただけな
ら必ずしも温度は上がらない．
22
第4章エンタルピー
P57 質問４－１
断熱材で覆った体積一定の容器中で
水素ガスが燃焼すると，
内部エネルギーはどうなるか？
系
DEK
DEP
T
V
DE
DEel
化学反応
23
P57 質問４－２
内部エネルギーが変化するのは
どういう場合か？
外部とのエネルギーのやり取りがあるとき．
24
大気の重力エネルギー＝力学的周囲 (圧力一定)
圧縮
系になされ
た仕事：w
吸熱：q
ビーカー内の物質＝系
エネルギー変化：DE
P58 図４－１
周囲の物質すべて
＝熱的周囲 (温度一定)
DE  q  w
P57 式（４．１）
25
大気圧下での膨張による仕事
1 atm ≒ 1 kg重/cm2
気柱
気柱
系
系
26
重り＝力学的周囲
宇宙
系
恒温槽＝熱的周囲
P59 図４－２
27
P59 図４－３
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
宇宙
DEuniv
= DE + DEtherm + DEmech
=0
DE  DEtherm  DEmech
w  DEmech
q  DEtherm
DE  q  w
28
29
30
上昇気流のところで雲が発生する仕組みは？
31
P60
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．
32
実験
• 断熱膨張による雲の発生
膨張→冷却→水蒸気の凝縮＝雲の発生
• 断熱圧縮による発火（ビデオ）
ディーゼルエンジンで利用されている．
33
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
宇宙
断熱
系
エネルギー図
力学的周囲
宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DEtherm = 0
34
理想気体を等温圧縮したときの
DEtherm， DE mech，q，w の符号は？
35
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
36
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
宇宙
DEuniv = 0
系
DE K
DE P
T
V
DE
DEel
化学反応
37
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
宇宙
系
理想気体
等温
エネルギー図
力学的周囲
宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DE = 0
38
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
宇宙
断熱
系
エネルギー図
力学的周囲
宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DEtherm = 0
39
モデル図
定積・等温条件で発熱反応が起こった場合
力学的周囲
定積
熱的周囲
宇宙
系
発熱
等温
エネルギー図
力学的周囲
宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DE mech= 0
40

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