原子で書いた文字「PEACE ’91

今後の予定
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12日目 12月 9日
13日目 12月16日
14日目 1月13日
15日目 1月20日
16日目 1月27日
本日の課題
口頭報告レポート押印
前回押印したレポートの回収
口頭報告の進め方についての説明
講義(4章),班で討論
1回目口頭報告
1回目口頭報告答あわせ,講義(5章)
3・4章についての小テスト,講義(5・6章)
講義(6章の続き)
2回目口頭報告課題の発表
講義(6章の続き),班で討論
2回目口頭報告
2回目口頭報告の答あわせ,エンジンの効率
小テスト,まとめ
定期テスト
口頭報告の準備
1
気体を圧縮するとなぜ圧力が上がるか?
• 分子が隙間なく詰まるから?
それは液体.(気体の体積は液体の体積の約1000倍)
• 分子間の距離が近くなるから?
分子間にバネはない.気体なので分子間力は無視でき
るほど小さい.しかも分子間力は基本的に引力.
• もとにもどろうとする力がはたらくから?
内壁に分子のぶつかる頻度が増える.
→内圧が上がる.→内圧>外圧となる.
→内圧=外圧となるまで膨張しようとする.
※ 分子には知性はないので「もとの状態」を覚えてい
て行動することはない!
• 狭いところに閉じ込められるから?
2
分子は狭いから広がろうとは思わない.
重り = 力学的周囲
宇宙
系
恒温槽 = 熱的周囲
P59 図4-3
3
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
宇宙
DEuniv = 0
系
DE K

DE P
DE
DEel
K, trans
3
 k BT
2
T により
分子集合
変化
状態に
(Tに比例) より変化
電子
状態に
より変化
4
問題1
理想気体を断熱圧縮させると
温度はどうなるか?
• 圧縮しているのだから温度が下がる?
PV=nRT
• 断熱だから温度は変わらない?
5
問題1
理想気体を断熱圧縮させると
温度はどうなるか?
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
宇宙
DEuniv
熱的周囲
6
断熱圧縮
おもりが下がると
力学的周囲の
エネルギー
(DEmech)は減少
エネルギー
の流れ
系
DEmech  PDV
系の内部エネルギーDEは増加
7
断熱圧縮
ビデオ教材
断熱圧縮により発火も可能 → ディーゼルエンジン
8
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
9
理想気体の断熱圧縮
-
力学的周囲 DEmech
+w
+
系
q
DE
0
宇宙
DEtherm
熱的周囲
DEuniv = 0
0
系
+
DE K
T
0
DE P
DE
0
DEel
分子集合 化学反応
状態
10
断熱圧縮と等温圧縮
• 特別な断熱材を使わずに断熱圧縮をすること
ができるか?
• 気体を圧縮する時に温度を一定にするため
にはどうすればよいか?
11
P60
質問 4-3
理想気体を1atmの外圧下で断熱膨
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.
雲の発生実験
• 外圧一定だからw=0?
12
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
0
0
0
DEK
DEP
DEel
T
V
化学反応
DE
0
13
問題2
理想気体を等温圧縮したときの
DE mech, DEtherm,w ,q の符号は?
14
理想気体の等温圧縮
-
力学的周囲 DEmech
+w
0
系
q
DE
-
宇宙
DEtherm
熱的周囲
DEuniv = 0
+
系
0
DE K
T
0
DE P
DE
0
DEel
分子集合 化学反応
状態
15
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
16
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
17
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
18
エンタルピーとはなにか? (p61)
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
エンタルピー = 熱含量
19
力学的周囲
P DV
系
宇宙
DH
DE
熱的周囲
P62 図4-6
定圧過程では
w   PDV
q  DH
DH  DE  PDV
20
問題3
300 K,1 atm の定温・定圧条件下において,
1
SO 2 (気体 )  O 2 (気体 )  SO3 (気体 )
2
という反応が起こったとき,以下の量の符号はどうな
るか.ただし,この反応は発熱反応である.
DH, PDV ,DE, DEel
21
力学的周囲
-
?
-
DH= DE+ PDV
P DV
系
DE
DH
熱的周囲
DH=-99.2 kJ/mol
PDV=-1.2 kJ/mol
DE= DH- PDV =-98.0 kJ/mol
22
様々なエネルギーの値の比較 (p64)
•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
23
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
24
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
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