熱力学は、エネルギー伝達を研究する物理学の分野です。 熱、エネルギー、仕事の関係を理解し、交換される熱量と物理的プロセスで実行される仕事を分析します。
熱力学科学は当初、産業革命の時期に機械を改善して効率を改善する方法を探していた研究者によって開発されました。
この知識は現在、私たちの日常生活のさまざまな状況に適用されています。 例：熱機械と冷蔵庫、自動車のエンジン、鉱物と石油製品を変換するプロセス。
熱力学の法則
熱力学の基本法則は、熱がどのように機能するか、またはその逆を支配します。
熱力学の第一法則
THE 熱力学の第一法則 に関連する 省エネの原則. これは、システム内のエネルギーを破壊または作成することはできず、変換するだけであることを意味します。
熱力学の第1法則を表す式は次のとおりです。
熱量、仕事量、内部エネルギーの変動は、ジュール（J）の標準的な測定単位です。
省エネの実際的な例は、人がポンプを使用して膨張可能な物体を膨らませるとき、力を使用して空気を物体に送り込むことです。 これは、運動エネルギーによってピストンが下がることを意味します。 しかし、このエネルギーの一部は熱に変換され、環境に失われます。
THE ヘスの法則 省エネの原則の特定のケースです。 もっと知って！
熱力学の第二法則
で 熱伝達 それらは常に最も暖かい体から最も冷たい体へと発生し、自然発生的に発生しますが、その逆はありません。 つまり、熱エネルギー伝達プロセスは不可逆的です。
このように、 熱力学の第二法則、熱を完全に別の形のエネルギーに変換することはできません。 このため、熱はエネルギーの劣化した形態と見なされます。
熱力学の第二法則に関連する物理量は エントロピ、これはシステムの無秩序の程度に対応します。
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熱力学のゼロ法則
THE 熱力学のゼロ法則 取得するための条件を扱います 熱バランス. これらの条件の中で、熱伝導率を高くしたり低くしたりする材料の影響について言及することができます。
この法律によると、
- 物体Aが物体Bと接触して熱平衡にある場合
- この物体Aが物体Cと接触して熱平衡にある場合、
- BはCと接触して熱平衡にあります。
温度の異なる2つの物体が接触すると、暖かい方の物体が冷たい方の物体に熱を伝達します。 これにより、温度が均等になり、 熱バランス.
すでに存在する最初の2つの法則、熱力学の第1法則と第2法則について理解が必要であることがわかったため、これはゼロ法則と呼ばれます。
熱力学の第三法則
THE 熱力学の第三法則 これは、エントロピーを決定する絶対参照点を確立する試みのように見えます。 エントロピーは、実際には熱力学の第二法則の基礎です。
それを提案した物理学者のヴァルター・ネルンストは、温度がゼロの純粋な物質が近似値ゼロのエントロピーを持つことは不可能であると結論付けました。
このため、これは物議を醸す法則であり、多くの物理学者は法則ではなく原則として考えています。
熱力学システム
熱力学系では、関連する1つまたは複数の物体が存在する可能性があります。 それを取り巻く環境と宇宙は、システムの外部の環境を表しています。 システムは、オープン、クローズ、または分離として定義できます。
熱力学システム
システムが開かれると、システムと外部環境の間で質量とエネルギーが移動します。 閉鎖系では、エネルギー伝達（熱）のみがあり、それが隔離されている場合、交換はありません。
ガスの挙動
気体の微視的挙動は、他の物理的状態（液体および固体）よりも簡単に説明および解釈できます。 そのため、これらの研究ではガスが最も多く使用されています。
熱力学的研究では、理想的または完全なガスが使用されます。 これは、粒子が無秩序に移動し、衝突時にのみ相互作用するモデルです。 さらに、粒子間、および粒子と容器の壁との間のこれらの衝突は弾性的であり、非常に短時間続くと考えられている。
閉鎖系では、理想気体は、圧力、体積、温度の物理量を伴う動作を前提としています。 これらの変数は、ガスの熱力学的状態を定義します。
ガス法に従ったガスの挙動
圧力（p）は、コンテナ内のガス粒子の動きによって生成されます。 容器内のガスが占める空間が体積（v）です。 また、温度（t）は、移動するガス粒子の平均運動エネルギーに関連しています。
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内部エネルギー
システムの内部エネルギーは、ガスがどのように変化するかを測定するのに役立つ物理量です。 この大きさは、粒子の温度と運動エネルギーの変化に関連しています。
1種類の原子だけで構成される理想気体は、気体の温度に正比例する内部エネルギーを持っています。 これは、次の式で表されます。
熱力学に関する解決済みの演習
質問1
可動ピストンを備えたシリンダーには、4.0.10の圧力のガスが含まれています4N / m2. 6 kJの熱がシステムに供給されると、一定の圧力で、ガスの体積が1.0.10増加します。-1m3. この状況で行われた作業と内部エネルギーの変化を決定します。
正解：行われた仕事は4000 Jで、内部エネルギーの変化は2000Jです。
データ：
P = 4,0.104 N / m2
Q = 6KJまたは6000J
ΔV = 1,0.10-1 m3
T =？ ΔU=？
最初のステップ：問題データを使用して作業を計算します。
T = P。 ΔV
T = 4.0.104. 1,0.10-1
T = 4000 J
2番目のステップ：新しいデータを使用して内部エネルギーの変動を計算します。
Q = T +ΔU
ΔU= Q-T
ΔU= 6000-4000
ΔU= 2000J
したがって、実行される仕事は4000 Jであり、内部エネルギーの変化は2000Jです。
質問2
（ENEM 2011から採用）モーターは、別のシステムから一定量のエネルギーを受け取った場合にのみ仕事を実行できます。 この場合、燃料に蓄えられたエネルギーの一部は燃焼中に放出されるため、アプライアンスは機能します。 エンジンが作動すると、燃焼で変換または変換されたエネルギーの一部を仕事に使用できなくなります。 これは、別の形でエネルギー漏れがあることを意味します。
テキストによると、エンジンの動作中に発生するエネルギー変換は次の理由によるものです。
a）エンジン内部の熱放出は不可能です。
b）エンジンによって実行される作業は制御できません。
c）熱を仕事に完全に変換することは不可能です。
d）熱エネルギーを動力学に変換することは不可能です。
e）燃料の位置エネルギー使用は制御できません。
正しい代替案：c）熱を仕事に完全に変換することは不可能です。
前に見たように、熱は完全に仕事に変換することはできません。 モーターの動作中に、熱エネルギーの一部が失われ、外部環境に転送されます。
も参照してください: 熱力学に関する演習
