第１７講熱力学の第一法則教科書Ｐ．１ 42～１４ 5

熱・仕事・温度の関係熱を仕事に変換する

http://www.fzt.jp/

エネルギーの変換と保存

【Ａ　熱力学第一法則】∆𝑈=𝑄 in+𝑊 in

熱と仕事と温度の関係式

F

x仕事W=Fx

温度上昇

a.仕事を加える ∆𝑈=𝑄 in+𝑊 in

∆𝑈=𝑊 in

仕事の分だけ温度が上昇

温度変化 入れた熱 された仕事

(実際には，熱が外へ逃げる分がある )

急激に圧縮すると熱が逃げる前に温度が上がる　　⇒　断熱圧縮

【Ａ　熱力学第一法則】∆𝑈=𝑄 in+𝑊 in

熱と仕事と温度の関係式

熱Q

温度上昇

b.熱を加える① ∆𝑈=𝑄 in+𝑊 in

∆𝑈=𝑄 in

による温度上昇

温度変化 入れた熱 された仕事

(実際には，熱が外へ逃げる分がある )この場合，気体の圧力も上昇する

【Ａ　熱力学第一法則】∆𝑈=𝑄 in+𝑊 in

熱と仕事と温度の関係式

ｃ .熱を加える② ∆𝑈=𝑄 in+𝑊 in

𝑄 in=∆𝑈−𝑊 in

温度変化 入れた熱 された仕事

入れた熱は，温度上昇と気体が外部にする仕事になる

F

x

仕事W=Fx

熱Q 温度上昇

外部にする仕事

熱が仕事に変換できる !!

【Ｂ　熱機関】

熱を仕事に連続的に変える

仕事:W

高温源

低温源

吸熱:Q1

排熱:Q2

膨張

収縮

F

x

仕事W=Fx

熱Q 温度上昇

これでも仕事を取り出せるけれど，このままでは 1回限り 熱機関は，高温熱源から熱を吸

収して，一部を仕事に変え，余った熱を低温熱源に捨てることによって仕事を連続的に取り出す。

【Ｂ　熱機関】☆熱機関に必要なもの

作業流体 (おもに気体 )伴い膨張・収縮を繰り返して外部に仕事をする

高温熱源作動流体に熱を与えて膨張させる

低温熱源　　　　　　　作動流体から熱を奪って収縮させる

【Ｂ　熱機関】

熱機関の効率 (熱効率 )

吸収した熱から捨てた熱の差

熱機関を動かすためには，必ず熱を捨てなくてはならない !! (

高温熱源の熱を 100%仕事に変換できない

(熱力学第二法則 )

【Ｃ　不可逆変化】・不可逆変化　自然の状態で，一方方向にしか変化が進まないもの。・可逆変化　自然の状態で，双方向に変化が進むもの。

熱エネルギー

摩擦力の仕事

動摩擦力不可逆変化 可逆変化

【Ｃ　不可逆変化】熱は高温側から低温側に向かって移動する (逆はない )

熱の移動は不可逆変化

熱は，高温物体から低温物体に移動し，自然に低温物体から高温物体に移動することはない。

(熱力学第二法則 )

低温 高温

接触

熱平衡

熱の移動

この方向にしか起こらない

【Ｄ　ヒートポンプ】外部から仕事を加えると，低温部から高温部へ熱を汲み出すこともできる。⇒「ヒートポンプ」

気体を一気に圧縮

W

気体を一気に膨張

W

温度上昇!

温度低下!

高温環境

低温環境

排熱

吸熱 断熱膨張

断熱圧縮

クーラー，冷蔵庫等に利用

【Ｅ　エネルギー保存の法則】　エネルギーは互いに他のエネルギーに変換することができる。このとき，エネルギーは変換されても，その総量は変化しない。エネルギーの変換には仕事 (力学的 or非力学的 )が伴い，そのときに熱が発生する !!

全てのエネルギーは最後は熱になる