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5分でわかる!熱力学第一法則

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この動画の要点まとめ

ポイント

熱力学第一法則

熱力学14 ポイント2 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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気体にある熱量Q[J]を与えた場合、温度がどれくらい上がるかは、固体や気体のように単純計算できません。そこで、 気体が熱量Qinを吸収したとき、どれだけ気体の内部エネルギーが増えたか を考えてみましょう。

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気体の吸収熱Qin気体の内部エネルギーU との間には、実は 気体がする仕事W を加えた 熱力学第一法則 という関係が成り立ちます。

熱を加えると、気体は外部に仕事をする

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具体的に、ある気体に熱量Q[J]を与える場合で考えてみましょう。

熱力学14 ポイント2 右側の図

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ピストンがついたシリンダー内に、気体を封入し、この気体をガスコンロで熱して熱量Q[J]を与えます。熱せられた気体は 膨張 して 体積が増加 し、ピストンが右にx[m]動いたとします。

熱力学14 ポイント2 2つの図

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このとき、気体はピストンに対して 仕事 をしますね。仕事は 力×移動距離 で表せます。気体がピストンを押す力をF[N]、気体がした仕事をWoutとすると、
Wout=Fx
と表されます。outとは、気体が外部にする仕事のことを意味しています。

気体の吸収熱=内部エネルギーの増加+外部にした仕事

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気体をガスコンロで熱したとき、気体の温度が上がり、体積が増加するということを、仕事と内部エネルギーの観点からとらえてみましょう。

熱力学14 ポイント2 2つの図

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気体の温度が上がったことから、気体の 内部エネルギーは増加 したことがわかります。さらに、体積が増加、つまり膨張したことから、気体は 外部に仕事 をしたことになります。つまり、 気体の吸収熱Qinは内部エネルギーの増加ΔUと、気体が外部にした仕事Woutに使われた のです。式で表すと、 Qin=ΔU+Wout となります。

熱力学14 ポイント2 クマさんのまとめ 空欄埋める

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Qin=ΔU+Wout の関係式が 熱力学第一法則 です。式は3つの物理量の関係なので、2つが分かればもう1つも求められますね。

Suzuki

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。

熱力学第一法則
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