Moneytizerによる広告を掲載しています。熱力学の分野では、取り扱う対象を系といい、系に無関係なすべてを周囲(あるいは外部、外界、環境)といいます。熱力学の法則は取り扱う系とその周囲との物質やエネルギーのやり取りの有無によって記述されます。大きく3つに分類されます。系と周囲の間で、物質とエネルギーのどちらもやり取りしない系を孤立系といいます。孤立系と呼べる系は私たちの身近には存在せず、あえて言うなら宇宙全体で考えれば孤立系と言えます。したがって、孤立系の熱力学は仮想的、あるいは理想的なものであることを念頭に置いて考えた方がよいでしょう。一方で、孤立系は熱力学において最も基本的な概念です。熱力学第一法則は孤立系のエネルギーが保存される法則ですし、熱力学の第二法則は孤立系のエントロピーは必ず増大する法則と解釈することもできます。系と周囲の間で、物質のやり取りは行わないが、エネルギーのやり取りは行なう系を閉鎖系といいます。閉鎖系は私たちの身の回りにも存在し、例えば蓋をしたペットボトルのような密閉した容器が挙げられます。工業的には高圧ガスを封入したボンベは閉鎖系と言えるでしょう。ボンベの保管場所として直射日光の当たらない場所が指定されます。これは容器内と周囲とのエネルギーのやり取りが可能であるため、直射日光によって容器内の温度が上昇して液化ガスが蒸発し、容器内圧力が高くなるのを防ぐためです。閉鎖系はエネルギーのやり取りが可能なので、閉鎖系だけに注目するとエネルギーが保存されなかったり、エントロピーが減少したりすることがあります。エネルギー保存については、閉鎖系とその周囲を含めた全体を孤立系として考えれば熱力学の第一法則を適用することができるでしょう。加えて、閉鎖系における自発変化の方向を知りたい場合は、エントロピーから理論を拡張した自由エネルギー(ギブス自由エネルギー、ヘルムホルツ自由エネルギー)を使用することになります。系と周囲の間で、物質・エネルギーのやり取りを両方行なう系を開放系といいます。私たちの身の回りの空間はほとんど開放系と考えてよいでしょう。工業的には系に流入・流出する物質の流量や化合物の種類(組成)を把握することが重要です。これを俗に物質収支をとる、といいます。開放系における自発変化の方向は、エントロピーやギブス自由エネルギーだけでは表現しきれませんので、物質量の変化を考慮して理論を拡張した化学ポテンシャルを使用することになります。以下に各系の特徴をまとめました。化学ポテンシャル熱力学の分野では当たり前に出てくる用語なので、覚えておきましょう。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。※サイト次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。date*日本語が含まれない投稿は無視されますのでご注意ください。沸点差を利用して混合物を分離・濃縮する操作のことを蒸留といいます。化学プラントや石油プラントで最もよく使用されている分離方法です。過剰量は実在混合物と理想混合物の状態量の差として定義されています。気液平衡を計算するための活量係数モデルでは、過剰量が大いに関係しており重要な概念です。本記事では過剰量について解説しています。平衡状態にある系に外部から状態を変化させる操作を行なった場合に、系はその変化を相殺するように平衡を移動させます。このような原理をル・シャトリエの原理といいます。実際のプロセスでは系に外部からエネルギーを加える、あるいは外部へとエネルギーを放出する操作を行なうことがほとんどです。そのため、外部からのエネルギーの出入りが可能な閉鎖系へと理論を拡張する必要があります。このときに役に立つのが自由エネルギーの概念です。実在気体の圧力や相平衡を、理想気体と同様の形式で扱うために導入された概念をフガシティーfといいます。実務で気液平衡を計算する際には、気液のフガシティーが一致することを前提として式を立てており、重要な概念です。流動ポンプの【ミニマムフロー】について解説:バイパスラインを設置し最低流量確保ポンプの流量が低下すると、ポンプ効率が低下し熱によるエネルギーロスが多くなることに加えて、流体による温度除去効果も減少するため、ポンプの温度が上昇しやすくなります。この温度上昇によって引き起こされるトラブルを回避するために、常に必要最低限の流量(ミニマムフロー)を確保して運転する手法が挙げられます。【化学ポテンシャル】をわかりやすく解説:開放系への理論の拡張プロフィールこのブログを運営しているルートです。化学メーカーで働くケミカルエンジニアです。