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

「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

熱力学を理解するためには、「温度の単位」について正しく理解しておく必要があります。温度の単位には、摂氏温度（せっしおんど）　（℃）日本で使われている華氏温度（かしおんど）　（°Ｆ）アメリカで使われている絶対温度（ぜったいおんど）　（K）：熱力学、物理学で使われているの３種類があります。日本で一般的に...

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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、圧力が上昇します...

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熱量とは

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熱いストーブの上で放置すると温度が上昇します。ヤカンとストーブの間で熱が移動したからです。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。水1kgを1K (=1℃)上昇させるのに必要な熱...

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比熱とは

比熱とは、1kg の物質の温度を 1K （＝1℃）上げるのに必要な熱量のことです。例えば、水1kgの場合、1K 上げるのに必要な熱量は4186Jです。鉄1kgの場合、1K上げるのに必要な熱量は444Jです。つまり、鉄の方が水に比べて少ない熱量で温度が上がるので、「鉄は温度が上がりやすい」ということで...

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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。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解して...

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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。水にインクを一滴垂らすと外側に広がっていきます。インクが広がった状態は分子が乱雑になっており、「エントロピーが大きい」です。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...

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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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