熱・仕事・内部エネルギー

目次

熱に関する基礎知識

カロリー[cal]

水1[g]の温度を1[K]高めるのに要する熱量を1[cal]という.

熱容量

物体の温度を1[K]高めるのに要する熱量をその物体の熱容量という.単位は[cal/K]

比熱

ある物質1[g]の温度を1[K]だけ高めるのに要する熱量をその物質の比熱という.単位は[cal/g・K]

比熱c[cal/g・K]の物質m[g]からなる物体の熱容量Cは,C = cm[cal/K]

比熱c[cal/g・K]の物質m[g]からなる物体の温度をt[K]だけ高めるのに要する熱量Qは,Q = cmt[cal]

水当量

ある物体の熱容量がm[g]の水の熱容量に等しいとき,この物体の水当量はm[g]であるという.

融解熱

融点における1[g]の固体をこれと同温の1[g]の液体にするのに要する熱量を融解熱という.単位は[cal/g]

気化熱

気化に際して,液体1[g]をこれと同温の液体にするのに要する熱量を気化熱といい,普通,沸点における気化熱を指す.単位は[cal/g]

熱の仕事当量

熱と仕事とは内部エネルギーを変化させる原因であるから,同等な量であり,熱の本性は,高温物体から低温物体に流れるエネルギーである.そんため,熱量を測るのに[cal]の単位を用いても,エネルギーや仕事の単位である[J]や[erg]を用いても良い.そこで,Q[cal]の熱がW[J]の仕事量に相当するとすれば,

熱量におけるエネルギー保存の法則

比熱,温度,質量がそれぞれ cA,cB;tA,tB;mA,mBの物体A,Bを接触させて,温度がTになったとする.このとき,他系との熱の出入りがないとすれば,エネルギー保存則から,

が成り立つ.物体の比熱測定にもこれが使われる.

ボイル・シャルルの法則

ボイル・シャルルの法則

一定質量m0の気体の体積をV,絶対温度をT,圧力をpとすれば,

となる.これをボイル・シャルルの法則とよび,これが成り立つ気体を理想気体と呼ぶ.

気体の状態方程式

アボガドロによると,同温,同圧の気体の体積はモル数nに比例するから,上記式はv = (T/p)nと書け,この分母を移項すれば,pV = nTとなる.この比例定数を気体定数Rとして当てはめると,

ただし,Mは分子量で,(モル数 n)=(質量 m0)=(分子量 M)


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