前回の第1回
は力学の復習をしながら、

エネルギーは仕事が行われるとその仕事の量だけ増減(仕事をした方はエネルギーがW減少、された方はエネルギーがWだけ上昇)する物理量である。

というような話をした。

仕事とエネルギーの考え方は、熱力学では(熱力学で扱う状況に合わせて)変化させていかなくてはいけないそして、仕事以外のエネルギー移動の形態として「熱」というものを登場させていくことになる。

 今日は、教科書の1.熱力学とはなにかに沿って、等温変化における最大仕事や準静的操作などについて話していこう。

気体の状態方程式

 なにか具体的なものから始めるべきなので、気体、それも理想気体の状態方程式PV=NRTを満たすような気体を考えよう。

 授業では、シリンダーとピストンを持っていって、実際押したり引いたりしてもらった。さらに、素早く圧縮すると温度が上がることを、ピストンをぐっと押すと中にいれた綿が発火するところ実際に見せて実感してもらった。

 断面積Sのシリンダーに閉じ込められた圧力Pの気体を考えると、気体がピストン(やはり断面積Sを押す力はPSだから、ピストンがΔx動いて気体が膨張したときの仕事はPSΔxΔVと書くことができる。Pは変数だから、仕事はPdVであり、P=NRTVで、かつずっと等温のままで変化が起こるとすれば、仕事はW=NRTdVV=NRT[logV]となる。

というのはいくつかの仮定を置いた計算としてそうなるのだが、現実はこれとはずれてくる。どうずれてくるのかを、次のページからのアニメーションで理解しよう。