雲の発生6(内部エネルギー)

前回の記事で熱力学の第一法則を学ぶための基礎知識として力学的エネルギーについて考えました。今回はその続きでより重要な「内部エネルギー」の理解を進めます。

まず、冒頭のイメージ図をご覧ください。この図は前回の冒頭の図の一部を強調したものです。

前回の記事を簡単に振り返ると、物体の持つエネルギー(力学的エネルギー)は位置エネルギーと運動エネルギーの和であると学びました。

しかし物体にはその内部にもエネルギーが蓄えられていて、そのエネルギーとは物体を構成する原子や分子が関わるものであると言えます。

力学的エネルギーには位置エネルギーと運動エネルギーの二種類がありました。同様に内部エネルギーにも二種類あります。つまり

 位置エネルギー = 分子間引力

 運動エネルギー = 熱運動

しかし、気体の状態では分子と分子の距離が大きいので分子間で引力はほとんど働かず、分子間力は無視することができます。

ですから 「内部エネルギーとは・・分子や原子の熱運動による運動エネルギー」ということになります。

もっと感覚的に言うなら、この場合の熱運動とは空気分子のスピードであり、温度とも言えます。

ここでいよいよ「熱力学の第一法則」に入っていきます。

熱力学の第一法則とは

 ⊿Q = ⊿W + ⊿U

  ⊿Q : 気体に加える熱量

  ⊿W : 仕事に使われるエネルギー

  ⊿U : 内部エネルギーの増加分

という式で表されます。言い換えれば、空気に熱が加えられた場合、空気がどれだけの仕事をし、どれだけ温度が上がるかを決める法則といえます。

 ※ ⊿(デルタ)は変化量

 ※ ここではWは外部にした仕事としていますが、外部からされた仕事をWとする定義もあり、その場合 ⊿U=⊿Q+⊿Wという式で表されることが多いようです。(どっちかにして欲しいですよね 😐 )

さらに詳しいことは次回以降の記事で紹介します。