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5分でわかる!気体が外部にした仕事

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この動画の要点まとめ

ポイント

気体が外部にした仕事

熱力学18 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 気体が外部にした仕事 について解説していきます。

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そもそも、気体が外部に仕事をしたとはどういう状況でしょうか。ピストンがついたシリンダーに気体を封入するときの例では、 気体が膨張する場合 ですね。気体が膨張してピストンをF[N]の力で押し、x[m]動いたとすると、気体が外部にした仕事は、
Wout=Fx
となります。今回はこの仕事を、(力)×(移動距離)ではなく、 圧力体積の変化 を用いて表すことを考えます。

(力F)=(圧力P)×(断面積S)に変換

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具体的に下の図で考えましょう。

熱力学18 ポイント1 図

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断面積がS[m2]のシリンダーがあり、気体がピストンを押し上げる力がF[N]、気体の圧力はP[Pa]と与えられています。気体が膨張して、ピストンが上に動き、移動距離がx[m]だった場合を考えます。

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このとき、気体が外部にした仕事Woutはいくつでしょうか?力Fが一定であれば、仕事Wout力F×移動距離s です。

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力Fは、(圧力)×(面積)で表すことができますね。圧力とは 1[m2]あたりに受ける力 なので、圧力Pに断面積SをかけたPSで表すことができます。これをWout=Fsの式に代入しましょう。
Wout=Fs=PSx
ここで、断面積に移動距離をかけたSxは何を表しますか?面積×長さなので 体積の増分 ですよね。これをΔVと表しましょう。すると、気体が外部にした仕事は下のように表せます。

熱力学18 ポイント1 クマさんのまとめ 空欄埋める

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。

気体が外部にした仕事
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