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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

熱力学の基礎を学ぶ記事一覧

熱力学

「熱力学」は現象が目に見えない学問であるため、直観的に理解するのが難しいです。熱力学と聞いただけで、 「なんか難しそうだなー」 というイメージをもたれる方も多いと思います。そこで、このカテゴリでは具体例やイメージ図を用いて、直感的にわかりやすく熱力学を解説していきます。熱力学とは?熱力学とは、「熱の...

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絶対温度ケルビンとは

一般的に使われる温度の単位はさまざまですが、熱力学を学ぶためには、熱力学で使われる温度の単位を正しく理解する必要があります。・日本で使われている摂氏温度(せっしおんど) (℃)・アメリカで使われている華氏温度(かしおんど) (°F)・絶対温度 ケルビン(K)があります。日本で一般的に使われているのは...

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仕事とエネルギー

力が一定の場合の仕事の求め方これまでの解説で、熱は仕事であり、エネルギーであることを理解して頂きました。次にさらに詳しく理解して頂くために、仕事の求め方について説明します。高校物理では、仕事を求める式として下記を学びます。 W=FL  W:仕事 F:力 L:移動距離仕事は力×移動距離で求めることがで...

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熱力学第一法則

熱力学第一法則は次の式で表されます。Q= ΔU+ WQ は加えた熱量ΔU は内部エネルギーの増加量W は行った仕事です。式だけ見ても良くわかりませんので具体的な例で説明します。下図のように ピストンを固定した状態 で、シリンダーを熱量(Q)で加熱します。すると内部の気体の温度が上昇して、圧力が上昇し...

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熱量とは

私たちが身近に接する熱は高い温度から低い温度に移動する性質があります。例えば、冷たい水が入ったヤカンをストーブで熱すると温度が上昇します。このように、物体間で熱として移動するエネルギー量のことを 「熱量」 といいます。例えば、水1kgを1K (=1℃)上昇させるのに必要な熱量は 1kcal(カロリー...

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比熱とは

物質の温まりやすさや冷めにくさを表す比熱について解説します。比熱とは、1kg の物質の温度を 1K (=1℃)上げるのに必要な熱量です。例えば、先ほど解説した水1kgの場合、1K (=1℃)上げるのに必要な熱量は4186Jです。水は、温まりにくい物質です。逆に温まりやすい物質である鉄1kgの場合、1...

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ボイル・シャルルの法則と状態方程式について

ボイル・シャルルの法則気体の 圧力(P) と 温度(T) と 体積(V) は次の関係があります。これを 「ボイル・シャルルの法則」 といいます。このボイル・シャルルの法則は、「ボイルの法則」 と 「シャルルの法則」 を合わせた法則ですので、次にそれぞれについて解説します。ボイルの法則ボイルの法則を理...

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モルとアボガドロ数

モルとは「モル」とは原子や分子の単位のことです。原子や分子はご存知のとおり、とても小さいですがちゃんと重さを持っています。しかし、1個単位では測定ができません。そのため「モル」という単位が誕生しました。原子や分子 6.02×1023個 = 1モル とした。6020000000000000000000...

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熱力学第二法則

中央に仕切板のある水槽の左右に 「20℃の水」 と 「90℃のお湯」 が入っています。仕切板を伝って熱は移動しますが、「20℃の水」 から 「90℃のお湯」 の方へ熱は移動しません。必ず熱は高い温度(90℃)から低い温度(20℃)へ移動します。このように逆にならない「不可逆的な現象」のことを 「熱力...

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カルノーサイクルとは

カルノーサイクルは熱機関の中で最も効率の良いエンジン です。フランスの物理学者であるカルノーによって考案されたため、「カルノーサイクル」 と呼ばれています。現実的にカルノーサイクルを持つエンジンを作ることは不可能ですが、比較対象の基準となるサイクルとして用いられます。「熱力学の第二法則」 から、熱機...

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熱力学におけるエントロピー

熱力学第二法則で解説いたしましたが、エントロピーとは分子の乱雑さのことを表しています。これを熱力学の視点から解説していきます。水にインクを垂らすと広がります。インクが広がった状態では分子が乱雑であり、「エントロピーが大きい」ということになります。熱力学第二法則においてエントロピーは、熱は熱いものから...

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不可逆変化(可逆変化)とは

不可逆変化とは、・熱は熱いものから冷たいものへ移動するが、冷たいものから熱いものへは移動しない。・コーヒーにミルクを入れると広がるが、広がったミルクが集まってくることはない。・煙突から吐出された煙は空気中に広がるが、広がった煙は煙突に集まらない。上記のように、逆が成立しない変化のことを 「不可逆変化...

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熱伝導と熱伝達と熱放射(輻射)

熱の伝わり方には次の3つの種類が存在します。・熱伝導・熱伝達(対流)・熱放射(輻射)これらの違いについて説明します。熱伝導熱伝導は、固体または流体内部に熱が伝わることを言います。例えば、金属の棒の片方を加熱すると、金属内部を伝って熱が移動します。このように物質内部において高温から低温へ熱が移動するこ...

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