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5分でわかる!気体の内部エネルギー:U[J]

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この動画の要点まとめ

ポイント

気体の内部エネルギー

熱力学11 ポイント1 全部 空欄埋める

これでわかる!
ポイントの解説授業
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今回は 気体の内部エネルギー について解説していきましょう。

気体の内部エネルギーは分子の運動エネルギーの和

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気体の内部エネルギーとは、ずばり 分子が持っている運動エネルギーの合計 のことです。エネルギーなので、単位は[ J ]で、 記号U を使って表します。

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単原子分子1個 の質量をm、速さをvとすると、その運動エネルギーKは、
K=(1/2)mv2
で表せますね。

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気体の内部エネルギーは、分子1個の運動エネルギーに気体分子の個数をかければ求めることができます。気体分子1[mol]であれば、アボガドロ数Nを用いて、
(1/2)Nmv2 (vは平均値)
と内部エネルギーが表されます。

熱力学11 ポイント1 クマちゃん囲みのみ 埋める

多原子分子は回転するエネルギーも必要

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高校の物理で学習するのは、あくまで 単原子分子 の内部エネルギーになります。単原子分子とは 原子1個からできている分子 で、例えばHe、Ne、Arがそうです。

熱力学11 ポイント1 単原子分子の図

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一方、多原子分子は 原子2個以上からできている分子 です。例えば、酸素O2などですね。多原子分子の内部エネルギーは、単純な式で求めることができません。下の図を見てください。

熱力学11 ポイント1 多原子分子の図

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多原子分子の場合、分子運動はまっすぐ進むだけでなく、 重心の周りの回転 が加わります。つまり多原子分子の運動エネルギーは、まっすぐ進むエネルギー1/2mv2回転のエネルギーを足したもの になるのです。回転のエネルギーは高校物理の範囲を超えてしまうので、扱うことができないのです。

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

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