内部エネルギーについては、物理基礎でも解説をしました。https://lunasa.net/post-1562物理基礎での説明とほぼ同じになってしまいますが、改めて内部エネルギーとは何かについて、わかりやすく簡単に解説していきます。物質量n[mol]が一定の場合$$ΔU=\frac{3}{2}nRΔT$$内部エネルギーとは、分子のもつ運動エネルギー+位置エネルギーのことです。上図のように風船が静止しているとき、物体のもつ運動エネルギーは0Jなのですが、風船の内側にある分子は運動エネルギーを持っているはずですよね。このような、気体分子の持っているエネルギーのことを内部エネルギーといいます。あるとき、分子1個が持つ気体分子の運動エネルギーは$$\frac{1}{2}m\overline{v^2}=\frac{3}{2}\frac{R}{N_A}T$$でした。×\frac{3}{2}\frac{R}{N_A}T\\U=\frac{3}{2}nRT$$となり、これが内部エネルギーであると考えることができます。ときしか使うことができない点です。何でもいいので物理の問題集を開いてみてください。とき」と書かれている場合、ほぼ確実に\(U=\frac{3}{2}nRT\)を使う問題であるため、必ずチェックしておきましょう。物質量n[mol]が一定の場合は、\(ΔU=\frac{3}{2}nRΔT\)とすることができます。熱力学第一法則とよく一緒に使うため、こちらの公式も覚えておくと良いでしょう。W:気体がした仕事[J])熱力学第一法則とは、気体の内部エネルギーは、熱を受け取るか仕事をされると増加することであり、要は、エネルギーは保存するという法則です。物理基礎で行った説明とほぼ同じ説明になってしまいますが、改めて確認していきましょう。Uは内部エネルギーであり、ΔUになると内部エネルギーの変化量です。気体の話しか出てこないので、ここでは気体という前提で説明をします。気体に熱Qを与えると内部エネルギーは増加します。内部エネルギーが増加するとは、大雑把に言うと気体分子の運動が早くなるということです。これはとてもイメージしやすいですね。同様に、気体に仕事がされる場合も内部エネルギーが増加します。そもそも、仕事とはエネルギーを与えることなので、仕事がされるとエネルギーが増えて当然です。気体が仕事をされると気体は圧縮し、気体が仕事をすると気体は膨張します。熱力学第一法則の公式はどっち?熱力学第一法則の公式は$$ΔU=Q+W$$$$Q=ΔU+W’$$の2種類が存在しています。この2つの公式の違いは、気体がされた仕事Wと気体がした仕事W’を使い分けている点です。気体がされた仕事Wと気体がした仕事W’には$$W=-W’$$という関係があります。これを使うことで$$ΔU=Q+W\\ΔU=Q-W’\\Q=ΔU+W’$$と式変形をすることができるのです。問題集や参考書によっては、2つの式を使い分けるという説明もあるのですが、$$ΔU=Q+W$$の方の公式のみを使って下さい。中途半端に使い分けるよりも、片方のみを使い続ける方が変なミスをしなくなるので、気体がした仕事W’は気体がされた仕事Wに変えてしまいましょう。場合は、まず間違いなく\(U=\frac{3}{2}nRT\)を使うと思ってください。熱力学第一法則は\(ΔU=Q+W\)です。このとき、Wは気体がされた仕事であるため、気体が仕事をされた(圧縮された)のか、気体が仕事をした(膨張した)のかを確認する必要があります。閉じる%d人のブロガーが「いいね」をつけました。