熱の出入りがない変化を 断熱変化 といいます。今回は、 断熱変化 における内部エネルギーの変化と仕事の関係について、解説していきましょう。

ピストンがついたシリンダー内に、気体を封入した装置を考えます。

図の容器には、 断熱材 と書かれていますね。断熱材とは、その名の通り 熱の出入りができない素材 のことです。身近な例では、発泡スチロールや魔法瓶などが断熱材になります。この装置で、ピストンを押し下げて、気体を圧縮していく場合を考えます。

断熱材で覆われているため、外から熱が入ってきたり(吸収)、中から熱が出て行くこと(放出)は全くありません。つまり 断熱変化 であり、 吸収熱Q_in=0 という形で表すことができます。

熱力学第一法則 にあてはめて考えると、
Q_in=ΔU+W_out
の式で、 吸収熱Q_in=0 となりますね。つまり、断熱変化では内部エネルギーの変化と仕事の関係について、
ΔU+W_out=0
と表されるのです。