4 熱力学

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1.熱力学とは

そもそも熱力学とは何でしょうか?専門的な定義は難しくなりますが、幾つかの資料を参考にすると次のような捉え方になるかと思います。

◆ 熱と力の統一理論

◆ 熱と力は交換しうる

◆ 熱と力学的仕事との関係

ですから簡潔にいうと、熱力学とは熱と力の関係を扱う学問 ということになります。

気象に関していうと・・・

太陽エネルギーによって大気が熱を帯び、熱を帯びた大気の状態の変化が気象現象を起こす力につながる、という感じでしょうか(もっと良い説明が浮かんだら修正します)。

テレビで気象予報士がよく「大気の状態が不安定で雷雨が起こる」と解説しますが、熱力学を知っていれば この仕組みが理解できます。

ここから熱力学の記事をまとめて紹介します。リンクされていない記事はリンクされた記事の後に続いて掲載されています。

2.熱力学の相関図

熱力学の学ぶ項目を大まかにまとめて一つの相関図にしました。それが冒頭の図です。詳しい説明はこちらの記事をご覧ください。

熱力学の法則・方程式の相関図(熱力学まとめ)

3.気体の状態方程式

熱力学の分野でも特に重要な部分です。

3-1. 物質量とモル

気体の量を扱うとき、気体の分子1個、2個と数えるのは大変なので、気体の原子量・分子量を利用してひとまとまりの数の集団を1つの単位として用います。

このような物質の量の表現方法を物質量をいい、その単位がモルです。以下が関連する連載記事です。

細かい物にはモル(mol)が便利

「物質量(mol)とアボガドロ定数の関係」

「物質量と質量の関係」

大気の平均分子量と物質量(mol)のまとめ

3-2. ボイル・シャルルの法則から理想気体の状態方程式まで

熱力学での極めて重要な法則である気体の状態方程式につなげる法則を考えます。

気体分子と圧力の関係

「気体分子と体積の関係(ボイル・シャルルの法則とアボガドロの法則)」

「理想気体の状態方程式と普遍気体定数」

3-3. 気体の状態方程式

理想気体の状態方程式はモルを使っているのに対し、気体の状態方程式はモルではなく体積と質量を使っています。

気体の状態方程式と気体定数

仮温度とは

気体の状態方程式については「理想気体の状態方程式と普遍気体定数」と「熱力学の第一法則と気体の状態方程式の関係」でも触れられています。

4.熱力学の第一法則

熱力学の第一法則は特に文系の人にとってとても難しく感じる分野です。でも、絶対に避けて通れないものですし、分かって来ると(どこまで行ったら分かったといえるのか分からないけど)面白く感じてきます(多分)。

「内部エネルギーとは(熱力学の第一法則0)」

熱力学の第一法則と気体の状態方程式の関係(熱力学の第一法則1)

「断熱変化と等温変化(熱力学の第一法則2)」

「断熱膨張をイメージする(熱力学の第一法則3)」

「定圧比熱と定積比熱(熱力学の第一法則4)」

5.静力学平衡(静水圧平衡)

静力学平衡(静水圧平衡)は気圧傾度力と重力がつり合った状態

「層厚の式(静力学平衡の応用1)」

「海面更正の式と測高公式(静力学平衡の応用2)」

6.大気の安定度、温位、エマグラム

大気の気温減率と安定度

「温位と大気の安定度」

「相当温位のキホン」

「対流不安定と大気の安定度のまとめ」

「エマグラム入門1(5種類の線)」

「エマグラム入門2(CAPEとCIN)」

これからも順次掲載していきますね。

項目別ブログ記事(一般知識偏)>熱力学 でも見てください。